峽谷地區(qū)深厚覆蓋層高面板堆石壩應(yīng)力變形研究.pdf

1、本論文研究以在建的甘肅省重點工程——洮河九甸峽水利樞紐為工程背景開展，該工程是擬建引洮工程的龍頭水庫，水庫總庫容為9.43億m3。設(shè)計面板堆石壩壩高136.5m，布置于窄深河谷，趾板置于深厚覆蓋層上，用混凝土防滲墻對深厚覆蓋層進行防滲處理，再用連接板將趾板與混凝土防滲墻連接起來組成防滲體系。該方案在建設(shè)工期、投資方面較傳統(tǒng)的基巖趾板方案有很大的優(yōu)勢，但國內(nèi)外類似條件下100m以上高堆石壩建設(shè)經(jīng)驗及研究成果較少。 就采用混凝土防滲

2、墻方案的深覆蓋層面板堆石壩而言，防滲墻與連接板、平趾板以及大壩防滲體(面板)的連接是整個防滲體系的關(guān)鍵。本項研究結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，開展了砂礫石材料的原位試驗、壩體堆石料及覆蓋層料室內(nèi)試驗，并根據(jù)試驗成果開展了三維有限元靜動力計算分析、離心模型試驗驗證等。 壩基覆蓋層鉆探及動力觸探、鉆孔聲波測試、顆分試驗表明其密實性較好，無連續(xù)軟弱夾層分布，級配連續(xù)，具備建基層的較好條件；從壓縮試驗來看，筑壩材料和壩基砂卵礫石壓縮系數(shù)都小于0

3、.1MPa-1，均屬低壓縮無粘性土；三軸試驗成果表明設(shè)計壩料的強度指標與其它工程硬巖堆石料強度指標相近；現(xiàn)場旁壓試驗驗證壩基砂卵礫石覆蓋層的變形模量均不低于50MPa，壓縮模量高于室內(nèi)所得的數(shù)值，因此以室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)進行有限元分析是偏于安全的。 為全面了解壩體在施工期和蓄水期的應(yīng)力變形情況和工作性狀，針對九甸峽混凝土面板堆石壩工程窄深峽谷、覆蓋層深厚等具體情況，數(shù)值分析中進行了平面和三維非線性應(yīng)力變形計算。在計算方案的設(shè)定中，分別

4、考慮了趾板與壩基防滲墻的柔性連接方式、剛性連接方式以進行對比。對比平面計算和三維計算分析的結(jié)果可見，由于本工程窄深河床岸坡的地形對大壩、防滲墻的約束作用較為明顯，兩種計算成果有較大差異，說明研究側(cè)重于三維分析是合理的。方案比較驗證表明趾板下直接接混凝土連接梁和雙防滲墻的剛性墻方案趾板底部變形較小，但面板底部受壩體和覆蓋層變形的影響，變形相對較大，因此兩者之間的變形差大于柔性墻方案。柔性連接方案適應(yīng)地基變形較好，尤其是防滲墻、連接板、平趾

5、板間接縫變形梯度較小，整體方案較優(yōu)，作為推薦設(shè)計方案是合理的。 從推薦方案壩體三維應(yīng)力變形分析的結(jié)果上看，蓄水期壩體最大沉降為1.3m左右，壩體的沉降位移在深槽段偏向壩體底部，其原因主要是受深槽段壩基覆蓋層影響所致，但壩體的應(yīng)力和變形數(shù)值均在合理范圍之中。水庫蓄水情況下，面板的大部分區(qū)域呈雙向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，沿壩軸線方向在兩岸坡處的面板存在拉應(yīng)力區(qū)，右岸坡面板的拉應(yīng)力區(qū)略大。連接板的設(shè)置有效吸收并保證了河床底部防滲墻到平趾板、面

6、板的變形過渡與協(xié)調(diào)，但垂直河流方向需研究在連接板、平趾板中適當分縫，以適應(yīng)地基的不均勻變形。由于九甸峽河谷深槽段較窄，岸坡對防滲墻的約束作用明顯，竣工期防滲墻體向上游側(cè)的變形并不大，蓄水后在水荷載的作用下墻體向下游變形最大值11.6mm。 在給定地震作用下，壩體加速度反應(yīng)在順河向最為強烈，順河向加速度反應(yīng)在河床中部最大。計算壩體中各單元抗震安全系數(shù)均大于1，不會產(chǎn)生動力剪切破壞。壩體最大豎向殘余位移(沉降)為37.8cm，發(fā)生在

7、壩頂處，壩體地震沉陷量為壩高(不含覆蓋層厚度)的0.28﹪。從計算成果判斷，最大孔隙壓力比較小，在地震作用下壩基覆蓋層不會發(fā)生液化。地震引起的周邊縫附加變形較大，在止水設(shè)計中應(yīng)予重視。從大壩的動力計算分析結(jié)果總體評價，面板壩的設(shè)計是合理的，抗震安全性是可靠的。 通過本項研究，采用較為成熟的鄧肯張E-B模型對大壩施工和蓄水過程進行了仿真計算和模擬，對壩體應(yīng)力變形特性進行了深入研究，但由于土石材料本身的性質(zhì)和施工、運行過程的復(fù)雜多變