為了研究寒區(qū)均質(zhì)土壩混凝土面板在冰蓋和土體凍脹共同作用下的受力和破壞問題,對北疆奎屯河流域和瑪納斯河流域幾個大中型水庫進行了野外實地調(diào)查。在此基礎(chǔ)上,以柳溝水庫均質(zhì)土壩混凝土面板為研究對象,通過合理假設(shè),運用力學(xué)基本理論對冰蓋作用處混凝土面板的內(nèi)力分布情況進行了分析。在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,提出了面板發(fā)生冰凍脹破壞的判斷準(zhǔn)則。研究結(jié)果表明:庫水面線附近彎矩最大,混凝土面板在該處容易發(fā)生斷裂,裂縫往往是貫穿性的,并平行于庫水面線。在冰蓋作用處混凝土面板上部的接縫填充材料容易發(fā)生剪切強度破壞。 

【文章來源】：水資源與水工程學(xué)報. 2020,31(04)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

冰蓋作用范圍內(nèi)均質(zhì)土壩混凝土面板凍脹破壞現(xiàn)象(奎屯河流域柳溝水庫)

圖1 冰蓋作用范圍內(nèi)均質(zhì)土壩混凝土面板凍脹破壞現(xiàn)象(奎屯河流域柳溝水庫)圖1(a)為冰蓋作用處混凝土面板發(fā)生的錯位現(xiàn)象，面板上部下沉，下沉深度約5 cm，下部翹起，翹起高度約2 cm。根據(jù)2016年現(xiàn)場調(diào)查，該水庫錯位達(dá)8 cm以上的面板有41塊，共計132 m，其中最大錯位為13 cm。在發(fā)生錯位的面板上很少看到裂縫存在。圖1(b)為冰蓋作用處混凝土面板發(fā)生的開裂現(xiàn)象，裂縫多位于冬季庫水位附近，冰蓋作用處，裂縫一般貫穿于整塊混凝土面板，并大體上平行于水面線，在該水庫的其他壩段、左右?guī)彀哆吰禄炷撩姘迳项愃屏芽p分布較多，根據(jù)調(diào)查，該水庫存在貫穿裂縫的面板有44塊，共計133 m，縫寬1～2mm，在發(fā)生開裂的面板上很少見到錯位現(xiàn)象。上述破壞現(xiàn)象在寒冷地區(qū)的其他均質(zhì)土壩和庫岸邊坡混凝土面板上也有不同程度的出現(xiàn)[20-28]。

圖3為均質(zhì)土壩上游壩體橫斷面溫濕度分布及面板鋪設(shè)示意圖。圖3中壩體護坡由14塊矩形混凝土面板構(gòu)成，面板從上到下的編號為S1、S2、……、S14。C1為壩體內(nèi)的溫度分布曲線。在庫水面線以上壩體臨空面附近區(qū)域，土體溫度為負(fù)，當(dāng)深度不斷增大，下部土體受外界氣候影響小，溫度逐漸升高，到達(dá)一定深度后，溫度增加的幅度很小[20-22]。C2為水的溫度分布曲線。水溫隨著深度增大而逐漸升高，到達(dá)一定深度后，水溫幾乎保持不變[23-25]。C3為壩體內(nèi)的含水率分布曲線。壩體內(nèi)的含水率隨著高程的降低而不斷增大[26-27]。C4為壩體內(nèi)土體正負(fù)溫度的分界線，與最大凍結(jié)深度有關(guān)。由于水面以下土體不發(fā)生凍脹，因此，在進行冰凍脹破壞力學(xué)分析時，只需考慮庫水位線處及以上的混凝土面板的受力問題。沿壩長取圖3庫水位線處及以上單位寬度(1 m)的混凝土面板為研究對象。壩面板除了受到自身的重力p作用外，在水面線上方還分別受到靜冰壓力在法線及切線方向的分力Pi1和Pi2，凍土沿法向、切向的凍脹力q和τ的作用。水面線以下，面板還受到靜水壓力Pw和土的摩擦力Ff的作用。面板的受力分析如圖4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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