羊曲水电站镶嵌式混凝土面板堆石坝应力变形分析

作     者：利光彬 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：季日臣

授予年度：2019年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：镶嵌式混凝土面板堆石坝 应力分析 变形分析 周边缝 

摘      要：混凝土面板堆石坝的是一种常见的适应性极好坝型,近年来得到越来越广泛的使用。随着现代施工技术的发展和实际工程建设的需要,超高混凝土面板堆石坝的建设需求越来越迫切。本文根据羊曲水电站的部分相关资料,探索在普通混凝土面板堆石坝的底部设置大体积混凝土形成的镶嵌式混凝土面板堆石坝,在其底部设置的混凝土可以部分代替常规面板的作用,同时镶嵌混凝土高度越高,面板的总长度越小,最终减小超高混凝土面板堆石坝面板的应力和挠度变形,防止面板发生受拉破坏。通过对底部设置不同的混凝土的镶嵌式混凝土面板堆石坝的三维有限元计算分析,综合考虑在竣工期和蓄水期两种不同的工况下整个面板坝的堆石体竖向位移、堆石体上下游最大水平位移、堆石体大小主应力、面板顺坡向应力、面板顺坡向挠度、周边缝的最大沉陷值和张合值等关键坝体结构的位移值和应力值,总结镶嵌混凝土的不同参数镶嵌式混凝土面板堆石坝的应力变形影响,探讨对施工方法的改进,以期有效改善面板应力状况。计算结果表明:相较于常规混凝土面板堆石坝,镶嵌式混凝土面板堆石坝底部镶嵌的混凝土对整个施工期和蓄水期在降低堆石体的竖向位移、水平方向上游位移、面板的挠度、面板的拉应力和面板压应力方面有向好的影响;但底部混凝土的出现会显著的增大周边缝的沉陷值和张合值。镶嵌混凝土面板堆石坝的混凝土高度、顶面宽度、下游坡比三个参数自身相比较,混凝土高度对计算结果的影响最大。随着混凝土高度的增加,堆石体的竖向位移显著减小,堆石体的水平方向上游位移量明显降低,有利于保持坝体的整体稳定;同时,随着混凝土高度的增加,面板的挠度值、拉应力值和压应力值有了明显的降低过程且均低于面板的拉应力、压应力允许值,有利于防止面板的破坏;此外还可以略微减小周边缝的沉陷值和张合值,有利于控制蓄水期面板与坝体和两岸不利的防渗情况。相较于镶嵌混凝土面板堆石坝的混凝土不同高度的影响,镶嵌混凝土的顶面宽度和下游坡比的变化对整个坝体的影响要小很多,镶嵌混凝土的顶面宽度和下游坡比对坝体施工期的堆石体竖向位移、堆石体水平方向位移、混凝土面板的压应力最大值这三个方面影响很小甚至这种影响可以忽略不计。随着顶面宽度和下游坡比的增加,在蓄水期的堆石体竖向位移、面板的挠度略微降低,但与此同时会增大面板的拉应力,不利于面板的保护,需要对面板加筋;周边缝沉陷值均略为减小,但随着下游坡比的增加张合值逐渐增大,需要引起注意并做好防护措施。对于超高混凝土面板堆石坝而言,通过在底部镶嵌合理形状的混凝土组成镶嵌式混凝土面板堆石坝,随着镶嵌混凝土高度的增加可以大幅减小面板的总长度最终减小超高混凝土面板堆石坝的面板的应力和挠度变形,解决面板过长被拉坏问题的思路是可行的,不过在这一过程中还需要尤其注意周边缝增大的问题、结合工程实际需要的工程造价问题等,控制混凝土块的合理构造。