本文關鍵詞：劉家溝面板堆石壩壩體設計與運行期應力變形研究

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【摘要】：混凝土面板堆石壩由于具有方便施工、穩(wěn)定性好、易于適應不同地形環(huán)境等優(yōu)點,受到設計者的青睞�；炷撩姘宥咽瘔螇涡褪欠襁m用取決于壩體變形控制,并且面板開裂和壩體滲漏等問題也制約混凝土面板堆石壩的推廣。面板和趾板的應力變形與壩體變形有著密切的關系,在考慮受變溫荷載作用下,可能產(chǎn)生過大拉應力而導致開裂。因此,研究溫度應力造成面板開裂的可能性對面板壩的安全性是具有重要意義的。本文以重慶巫溪劉家溝混凝土面板堆石壩為例,在進行壩址選擇和壩體設計的基礎上,采用有限元方法對運行期壩體應力變形進行了計算分析,研究了溫度—應力耦合作用下壩體和面板的應力分布,并探討了面板開裂的可能性。論文的主要工作和成果如下:(1)對比分析了地形地質條件、水庫綜合利用對庫容規(guī)模的要求、樞紐布置及成庫條件等因素,提出了下壩址方案。所選壩址在工程投資方面與上壩址方案接近,但在壩基壩肩巖溶水文地質條件、壩基壩肩防滲處理工程投資及可靠性、水庫鄰谷滲漏與成庫條件等方面有明顯優(yōu)勢。(2)依據(jù)相關規(guī)范,對選定的下壩址方案進行了壩體設計,包括剖面設計、壩體分區(qū)和面板趾板設計等。推薦壩型為混凝土面板碾壓堆石壩,壩體材料從面板以下依次為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、特殊墊層區(qū)、下游堆石棱體,壩頂寬7m,壩軸線長258m,最大壩高84m,壩頂高程460m,上下游壩坡1:1.4。(3)采用有限元分析軟件ABAQUS對大壩運行期壩前水位和重力進行組合計算,分析了在各個工況下壩體和面板應力變形特征。分析表明,正常高水位時沉降最大為4.77cm,水平位移最大為8.45cm;壩體大主應力在正常高水位時最大為1.65MPa;壩體小主應力在防洪限制水位時最小為-0.24MPa。大主應力區(qū)沒有出現(xiàn)拉應力區(qū),各工況小主應力均能滿足抗拉強度要求。運行期面板沿壩坡方向主要承受壓應力,但面板底部存在拉應力。(4)采用溫度—應力耦合計算方法,研究了大壩受氣溫、庫水溫和地溫影響下的溫度場分布和溫度荷載作用下壩體和面板的應力分布。結果顯示,環(huán)境溫度變化引起壩體溫度場改變,以溫度荷載的方式影響壩體應力場分布,進而改變面板趾板的應力變形;從分布上看,溫度裂縫可能產(chǎn)生于面板中下部;從時間來看,溫度最低的一月份產(chǎn)生拉應力最大,都小于混凝土抗拉強度,不會產(chǎn)生溫度裂縫。
【關鍵詞】：混凝土面板堆石壩 應力 變形 溫度場 溫度-應力耦合 有限元模擬
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV641.43
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 選題依據(jù)及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 混凝土面板堆石壩發(fā)展歷史12-13
• 1.2.2 壩體應力變形分析研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文主要內(nèi)容15-16
• 1.4 主要技術路線16-18
• 第二章 劉家溝面板堆石壩建設條件18-24
• 2.1 流域與氣候情況18-19
• 2.1.1 流域概況18-19
• 2.1.2 氣候特征19
• 2.2 水文情況19-21
• 2.2.1 徑流特征19-20
• 2.2.2 暴雨洪水特征20
• 2.2.3 泥沙來源及特性20-21
• 2.3 工程地質概況21-24
• 2.3.1 區(qū)域地質條件21
• 2.3.2 水庫工程地質條件21-22
• 2.3.3 壩址工程地質條件22-24
• 第三章 壩址選擇與壩體設計24-37
• 3.1 壩址選擇24-28
• 3.1.1 壩址地形及工程地質條件24-25
• 3.1.2 工程布置條件及投資25-26
• 3.1.3 水庫左岸鄰谷滲漏問題26
• 3.1.4 水庫綜合利用效益及庫區(qū)淹沒損失26
• 3.1.5 樞紐工程施工條件及建設工期26-27
• 3.1.6 選址方案綜合對比27-28
• 3.2 壩體設計28-32
• 3.2.1 壩體剖面設計28-30
• 3.2.2 壩體防滲系統(tǒng)設計30-32
• 3.3 基礎處理32-34
• 3.3.1 基礎處理目的與意義32
• 3.3.2 基礎開挖32-33
• 3.3.3 帷幕灌漿和固結灌漿33-34
• 3.4 壩體原型觀測設計34-35
• 3.4.1 觀測目的34-35
• 3.4.2 壩體表面觀測斷面35
• 3.4.3 壩體內(nèi)部觀測斷面35
• 3.5 本章小結35-37
• 第四章 壩體應力變形分析37-49
• 4.1 模型建立37-40
• 4.1.1 本構關系選擇37-38
• 4.1.2 荷載與邊界38-39
• 4.1.3 斷面選取與網(wǎng)格劃分39-40
• 4.2 方案設計40-41
• 4.2.1 計算內(nèi)容40
• 4.2.2 計算方案40-41
• 4.3 應力變形分析41-48
• 4.3.1 壩體沉降41-42
• 4.3.2 壩體水平位移42-44
• 4.3.3 壩體大主應力44
• 4.3.4 壩體小主應力44-45
• 4.3.5 面板應力45-48
• 4.4 本章小結48-49
• 第五章 考慮溫度場的壩體應力變形49-65
• 5.1 熱分析模擬壩體溫度場49-53
• 5.1.1 溫度場仿真在ABAQUS中實現(xiàn)50
• 5.1.2 計算參數(shù)與邊界條件50-52
• 5.1.3 溫度場計算結果52-53
• 5.2 溫度—應力場順序耦合計算53-54
• 5.3 耦合計算結果分析54-63
• 5.3.1 壩體沉降54-56
• 5.3.2 壩體水平位移56-58
• 5.3.3 壩體大主應力58-59
• 5.3.4 壩體小主應力59-61
• 5.3.5 面板應力61-63
• 5.4 本章小結63-65
• 第六章 結論與展望65-67
• 6.1 全文總結65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-70

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本文編號：836851