土石坝心墙拱作用影响因素研究

针对目前普遍存在的土石坝心墙拱效应现象,对某土质心墙坝进行了有限元分析,探讨了影响土石坝心墙应力拱效应的几种因素。计算结果表明,坝壳与心墙的弹模比、心墙泊松比、坝高等因素对心墙拱效应的影响比较显著;坝壳泊松比对拱效应的影响不大。计算分析结果可为今后类似土质心墙坝的设计提供参考依据。     

沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明：心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3～4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。     

小浪底土石坝心墙拱效应分析

结合小浪底大坝监测资料,基于有效应力算法,采用一个能表征心墙拱效应强弱的评价指标,对大坝心墙拱效应进行计算。结果表明:施工期拱效应系数变化较稳定,竖向范围内坝体上部的拱效应比下部显著,同一高程拱效应系数中间部位最小,向上游和向下游逐渐增大,土压力呈马鞍形分布,心墙中部附近土压力最小;运行期同一高程拱效应从上游到下游依次减弱,拱效应系数主要受库水位和土体固结排水因素的影响,短期内受库水位影响大,长期则受土体固结排水的影响,拱效应系数的变化与库水位变化正相关,从总体趋势看,拱效应系数在缓慢减小;所有测点拱效应系数均大于零,说明坝体处于安全状态。     

瀑布沟高堆石坝应力变形分析

近年来,有很多专家学者对瀑布沟堆石坝进行了有限元分析,但都基于二维有限元分析和邓肯张E-μ模型,本文基于邓肯张E-B模型总结和选取了肯张E-B模型参数,建立瀑布沟堆石坝三维有限元模型,分析了其施工期和蓄水期应力和变形情况并和肯张E-μ模型计算结果做了对比分析。计算结果表明:大坝最大沉降和最大水平位移均发生在库水位蓄满期;心墙拱效应现象最强烈的位置大约在1/3坝高坝轴线附近,存在拱效应的部位心墙应力呈驼峰状分布,拱效应在坝体顶部很小,拱效应最大发生在心墙与高塑性黏土接触部位;对两种模型对比分析可知,两种模型计算结果相差不大,坝体变形和应力符合一般规律。     

不同掺砾量对黏土心墙的影响

为考察西南地区某黏土心墙坝在不同心墙掺砾水平下心墙的工作性态与安全情况,进而确定心墙坝掺砾施工方案,采用三维有限元方法,在不同的掺砾量水平之下,充分考虑掺砾量的增加对心墙渗透性与变形强度的影响,采用双线法计算各掺砾方案下的湿化变形,研究了大坝完建期及蓄水运行时心墙水平与竖向位移的变化规律,同时采用拱效应系数分析心墙拱效应的变化情况。研究结果表明:当掺砾量控制在50%以下时,伴随掺砾量增加,心墙的沉降变形减少,顺河流向变形减少,使心墙拱效应得到改善;当掺砾量大于50%时,掺砾对心墙的沉降变形与拱效应的抑制作用减弱,同时心墙顺河流向变形量增加。鉴于对于黏土心墙工作性态的综合考虑,建议相应工程中心墙料掺砾量宜小于50%。     

砾质土心墙料蠕变对坝体应力变形的影响

针对砾质土蠕变特性的研究成果较少,原因在于砾质土含有大量渗透性较低的细粒,大试样固结排水效果差,难以获得较好的蠕变试验成果。采用在砾质土大型三轴试样中钻孔灌砂以加速试样的排水固结的方法,进行了某高土质心墙堆石坝砾质土心墙料的蠕变试验,获得了砾质土心墙料的蠕变模型及参数,建立了高心墙坝的三维有限元模型,采用非线性有限元研究了砾质土心墙料蠕变特性对坝体应力变形的影响。研究成果表明:九参数幂级数蠕变模型能较好地描述砾质土的蠕变特性;上、下游坝壳的蠕变对心墙自身变形的影响较小,需要在坝体应力变形计算中考虑心墙料蠕变的影响;当心墙料的蠕变速率快于周围堆石体时,蠕变效应会进一步增加心墙拱效应,反之,蠕变效应会减小心墙拱效应。     

砾石土心墙堆石坝应力应变数值分析

以云南省某砾石土心墙堆石坝为例,阐述了基于GeoStudio的土石坝平面有限元应力应变分析,分别对砾石土心墙坝的拱效应、水力劈裂、竣工期及蓄水期的应力变化及各向变形进行深入分析研究。通过数值分析比对高坝分期加载及一次加载对大坝变形的影响,为工程设计提供可靠的数据支持。     

砂土ＵＨ模型在土石坝有限元分析中的应用

利用砂土ＵＨ模型对两岔河水库工程心墙堆石坝进行了应力变形三维有限元计算,分析了坝体在竣工期和满蓄期的应力变形特性。结果显示:坝体在竣工期和满蓄期的最大沉降分别为７３．８ｃｍ和７７．７ｃｍ;坝体在竣工期和满蓄期的大主应力、小主应力均存在拱效应,大主应力的拱效应更显著,心墙内小主应力均为正,未出现拉应力;竣工期和满蓄期防渗墙左右两侧小主应力出现了拉应力区,防渗墙最大拉应力和压应力均在混凝土强度容许范围内。大坝应力变形的计算结果符合心墙堆石坝应力变形一般规律。有限元计算结果均在合理范围内,表明砂土ＵＨ模型在土石坝工程中有较好的适用性。     

河谷坡度对高面板堆石坝应力变形特征的影响

以玛尔挡水电站面板坝工程为例,建立了不同河谷坡度方案下的面板坝三维有限元模型,研究不同河谷坡度下高面板堆石坝坝体的静动位移和应力分布情况,分析了河谷坡度对坝体应力变形特征的影响,探讨了地震工况下河谷坡度对坝体结构稳定性的影响。结果表明:河谷坡度为50°时堆石体内部将会出现较明显的应力拱效应现象,河谷边坡陡缓临界值近似为50°;坝体沉降与坡度变化之间呈负相关关系;地震作用未对拱效应存在下的坝体产生显著的不利影响。     

小浪底水库土石坝斜心墙应力监测与分析

以小浪底水库土石坝斜心墙应力监测资料为基础,对其斜心墙孔隙水压力、土压力及拱效应进行探讨。分析表明:该斜心墙孔隙水压力受施工、防渗料等影响,与库水位变化规律存在一致、滞后及不一致三种情况。同时,其土压力变化分为土压力上升期、土体快速固结期(土压力下降期)及土压力随库水位有规律变化期三个阶段,越靠近斜心墙上游,三个阶段的变化越明显,越靠近斜心墙下游,三个阶段的变化越不明显。而且,斜心墙拱效应从上游到下游依次减小,在运行初期增大,之后其系数变化与库水位变化正相关,测点越往下游,年变幅越小。