【摘要】：我國(guó)自1985年至今,在峽谷地區(qū)已經(jīng)建成了數(shù)十座高面板堆石壩,積累了豐富的峽谷地區(qū)面板堆石壩筑壩經(jīng)驗(yàn),但由于面板堆石壩工程的復(fù)雜性,相關(guān)的設(shè)計(jì)理論研究仍然滯后于工程實(shí)際應(yīng)用。加強(qiáng)峽谷地區(qū)面板堆石壩的設(shè)計(jì)理論研究、變形特性研究和工程改善應(yīng)對(duì)措施研究,是一項(xiàng)有意義的工作。由于堆石料的巖性、堆石的顆粒級(jí)配、堆石的碾壓參數(shù)和河谷的形狀等眾多因素同時(shí)對(duì)壩體的受力變形產(chǎn)生影響,導(dǎo)致峽谷地形對(duì)大壩受力變形的影響很難從直接測(cè)量的結(jié)果中分離出來(lái)。有限元法具有分離量化顯示河谷形狀這一單一因素對(duì)大壩受力變形影響的優(yōu)勢(shì),采用有限元法研究河谷形狀對(duì)面板堆石壩應(yīng)力變形特性的影響,具有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和模型試驗(yàn)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合相關(guān)的面板堆石壩設(shè)計(jì)與有限元計(jì)算方法,主要的研究工作如下:系統(tǒng)介紹了我國(guó)峽谷地區(qū)面板堆石壩的工程實(shí)踐進(jìn)展與存在的問(wèn)題。針對(duì)河谷寬高比在描述河谷寬窄時(shí)存在的不足,從河谷寬度、河谷邊坡、河谷的對(duì)稱性三個(gè)影響河谷形態(tài)的要素出發(fā),給出了新的河谷形狀參數(shù)來(lái)量化描述河谷的形態(tài)。采用河谷寬度系數(shù)來(lái)量化描述河谷的寬窄,采用河谷邊坡陡緩系數(shù)來(lái)量化描述河谷邊坡的陡緩,采用河谷非對(duì)稱系數(shù)來(lái)量化描述河谷邊坡的非對(duì)稱性。并從河谷地形中面板堆石壩的受力變形特性出發(fā),利用有限元數(shù)值計(jì)算方法,給出了區(qū)分河谷寬窄、河谷邊坡陡緩、河谷對(duì)稱與否的判別標(biāo)準(zhǔn)�；谛绿岢龅暮庸刃螤顓�(shù)量化研究了河谷地形對(duì)面板堆石壩應(yīng)力變形特性的影響,揭示了峽谷地區(qū)堆石壩壩體、面板發(fā)生特殊破壞與變形的內(nèi)在機(jī)理。提出了基于河谷地形影響的面板堆石壩工程分類方法,給出河谷形狀對(duì)面板堆石壩應(yīng)力變形影響程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和河谷形狀影響系數(shù)G,以量化河谷形狀對(duì)面板堆石壩應(yīng)力變形的影響程度,為是否采取工程改善措施消除河谷地形的不利影響提供依據(jù)。利用河谷形狀參數(shù)及面板堆石壩工程分類方法對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)十座已建成的面板堆石壩進(jìn)行了工程分類,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文研究成果的可靠性與實(shí)用性。研究了狹窄河谷中面板堆石壩壩體底部應(yīng)力拱效應(yīng)的形成機(jī)理,堆石體與兩岸山體間的不均勻沉降和狹窄的河谷地形是狹窄河谷中形成應(yīng)力拱效應(yīng)的兩個(gè)條件,壩體豎向應(yīng)力與軸向應(yīng)力在應(yīng)力拱的作用下發(fā)生的應(yīng)力重分布是壩體底部產(chǎn)生應(yīng)力拱效應(yīng)的內(nèi)在力學(xué)機(jī)理。提出了一種可以確定壩體底部應(yīng)力拱的合理拱軸線的方法,并利用此方法研究了河谷寬度與河谷岸坡對(duì)應(yīng)力拱的影響,為采用工程措施減弱拱效應(yīng)的不利影響提供了必要的理論支持。陡峭河谷岸坡是導(dǎo)致面板堆石壩面板軸向拉應(yīng)力增大的主要原因,采用拱形面板堆石壩來(lái)減弱峽谷地區(qū)面板受到的軸向拉應(yīng)力,有限元計(jì)算結(jié)果表明效果良好。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,擬推薦拱型面板堆石壩在設(shè)計(jì)時(shí),其曲率值可以在K(28)7.5?10~(-4)~1?10~(-3)之間選取,壩體向著上游方向上的拱起高度初步定為h?(0.024-0.032)L。研究了傾斜壩基地形下面板堆石壩的靜力變形特性與動(dòng)力反應(yīng)特性。傾斜壩基地形對(duì)面板堆石壩靜力的變形特性影響不大,但對(duì)面板堆石壩在順河方向上的最大動(dòng)位移和最大殘余變形的分布規(guī)律影響較大。研究了傾斜壩基地形下面板堆石壩的動(dòng)力破壞模式,大壩的極限抗震能力為0.50g-0.58g。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV641.4
【圖文】：

圖 1-1 西北口大壩典型剖面圖 圖 1-2 西北口大壩面板裂縫示意圖Fig.1-1 Typical section of Xibeikou dam Fig.1-2 Crackin of concrete slab in Xibeikou dam大壩于 1987 年 1 月開(kāi)始填筑， 1989 年 3 月澆筑面板，6 月面板澆筑完成，面板僅部分板塊上發(fā)現(xiàn)少量裂縫。至 1990 年 1 月第二次檢查面板，共發(fā)現(xiàn)裂縫 253 條，其中寬大于 0.3mm 的共 135 條。1990 年 4 第三次全面檢查面板，發(fā)現(xiàn)裂縫 257 條。在進(jìn)行補(bǔ)后，于 1991 年 9 月進(jìn)行水庫(kù)蓄水，運(yùn)行基本正常。西北口大壩是我國(guó)在峽谷地區(qū)修建的第一座面板堆石壩，大壩建成后面板出現(xiàn)了較范圍的裂縫，這與我們?nèi)狈ο嚓P(guān)的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，也和我們?nèi)狈?duì)峽谷地區(qū)面板堆壩變形特性的認(rèn)識(shí)有關(guān)。針對(duì)面板裂縫原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明溫荷載和混凝土質(zhì)量不均勻是導(dǎo)致西北口大壩面板產(chǎn)生大面積裂縫的主要原因【34-36】。但后的監(jiān)測(cè)資料表明，大壩運(yùn)行 7 年后堆石體的豎向沉降仍然較大【37】，這可能是狹窄河谷形狀導(dǎo)致的堆石體底部產(chǎn)生的拱效應(yīng)引起的，此外大壩填筑完成后即開(kāi)始澆筑混凝土面板沒(méi)有為堆石體預(yù)留足夠的沉降周期，這些都是導(dǎo)致西北口大壩面板裂縫的原因。1.2.1.2 萬(wàn)安溪面板堆石壩繼西北口面板堆石壩之后，我國(guó)又在 1994 年修建了萬(wàn)安溪水電站【38】，其攔河大壩

圖 1-1 西北口大壩典型剖面圖 圖 1-2 西北口大壩面板裂縫示意圖Fig.1-1 Typical section of Xibeikou dam Fig.1-2 Crackin of concrete slab in Xibeikou dam大壩于 1987 年 1 月開(kāi)始填筑， 1989 年 3 月澆筑面板，6 月面板澆筑完成，面板僅部分板塊上發(fā)現(xiàn)少量裂縫。至 1990 年 1 月第二次檢查面板，共發(fā)現(xiàn)裂縫 253 條，其中寬大于 0.3mm 的共 135 條。1990 年 4 第三次全面檢查面板，發(fā)現(xiàn)裂縫 257 條。在進(jìn)行補(bǔ)后，于 1991 年 9 月進(jìn)行水庫(kù)蓄水，運(yùn)行基本正常。西北口大壩是我國(guó)在峽谷地區(qū)修建的第一座面板堆石壩，大壩建成后面板出現(xiàn)了較范圍的裂縫，這與我們?nèi)狈ο嚓P(guān)的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，也和我們?nèi)狈?duì)峽谷地區(qū)面板堆壩變形特性的認(rèn)識(shí)有關(guān)。針對(duì)面板裂縫原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明溫荷載和混凝土質(zhì)量不均勻是導(dǎo)致西北口大壩面板產(chǎn)生大面積裂縫的主要原因【34-36】。但后的監(jiān)測(cè)資料表明，大壩運(yùn)行 7 年后堆石體的豎向沉降仍然較大【37】，這可能是狹窄河谷形狀導(dǎo)致的堆石體底部產(chǎn)生的拱效應(yīng)引起的，此外大壩填筑完成后即開(kāi)始澆筑混凝土面板沒(méi)有為堆石體預(yù)留足夠的沉降周期，這些都是導(dǎo)致西北口大壩面板裂縫的原因。1.2.1.2 萬(wàn)安溪面板堆石壩繼西北口面板堆石壩之后，我國(guó)又在 1994 年修建了萬(wàn)安溪水電站【38】，其攔河大壩

部分板塊上發(fā)現(xiàn)少量裂縫。至 1990 年 1 月第二次檢查面板，共發(fā)現(xiàn)裂縫 253 條，其中寬大于 0.3mm 的共 135 條。1990 年 4 第三次全面檢查面板，發(fā)現(xiàn)裂縫 257 條。在進(jìn)行補(bǔ)后，于 1991 年 9 月進(jìn)行水庫(kù)蓄水，運(yùn)行基本正常。西北口大壩是我國(guó)在峽谷地區(qū)修建的第一座面板堆石壩，大壩建成后面板出現(xiàn)了較范圍的裂縫，這與我們?nèi)狈ο嚓P(guān)的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，也和我們?nèi)狈?duì)峽谷地區(qū)面板堆壩變形特性的認(rèn)識(shí)有關(guān)。針對(duì)面板裂縫原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明溫荷載和混凝土質(zhì)量不均勻是導(dǎo)致西北口大壩面板產(chǎn)生大面積裂縫的主要原因【34-36】。但后的監(jiān)測(cè)資料表明，大壩運(yùn)行 7 年后堆石體的豎向沉降仍然較大【37】，這可能是狹窄河谷形狀導(dǎo)致的堆石體底部產(chǎn)生的拱效應(yīng)引起的，此外大壩填筑完成后即開(kāi)始澆筑混凝土面板沒(méi)有為堆石體預(yù)留足夠的沉降周期，這些都是導(dǎo)致西北口大壩面板裂縫的原因。1.2.1.2 萬(wàn)安溪面板堆石壩繼西北口面板堆石壩之后，我國(guó)又在 1994 年修建了萬(wàn)安溪水電站【38】，其攔河大壩混凝土面板堆石壩，壩址河谷狹窄呈 V 型，最大壩高 93.80m，壩頂長(zhǎng)度 210m，寬比 2.2。上游壩坡以弱透水墊層外坡控制，坡度 1:1.4，下游壩坡 1:1.3。萬(wàn)安溪大壩典型剖面及面板裂縫見(jiàn)圖 1-3 至圖 1-4。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄧剛;汪小剛;溫彥鋒;于沭;陳銳;;混凝土面板壩面板變形模式與水平向擠壓破損研究[J];水利學(xué)報(bào);2015年04期

2 易進(jìn)棟;徐光明;孫振遠(yuǎn);;復(fù)雜地形條件下面板壩離心模型試驗(yàn)研究[J];水利學(xué)報(bào);2014年S2期

3 郭蘭春;王瑞駿;劉偉;;堆石料填筑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)狹窄河谷面板堆石壩應(yīng)力變形的影響研究[J];水資源與水工程學(xué)報(bào);2014年05期

4 李國(guó)英;苗U

本文編號(hào)：2804891