填筑分区分期和碾压密实度对高面板堆石坝变形特性影响研究

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我国西部大江大河如雅砻江、怒江、大渡河上有许多适宜建300m级高坝的坝址,由于面板堆石坝具有施工速度快、经济、环保等优势,通常作为与心墙堆石坝和混凝土拱坝的比选坝型。任何两种坝型之间的比选通常需要考虑安全、经济、施工难易程度等因素,面板堆石坝的工程投资小,施工工艺简单、速度快,是其他坝型无法比拟的,但已建高面板堆石坝大都由于坝体变形过大使面板出现了裂缝,有的甚至出现大量渗漏,都是由于变形控制问题难以解决而影响高面板堆石坝的安全性。当面板堆石坝的坝高达到300m级以后,坝体和面板在高应力、高水头作用下,应力、变形趋势明显增大,变形控制问题更为突出。  目前,我国坝工届专家正在开展300m级超高面板堆石坝适应性及对策研究,普遍认为采取相应控制坝体变形的措施,在我国建300m级超高面板堆石坝是可行的,但大都是通过工程经验定性得出的结论。因此,采用数值计算方法研究高面板堆石坝特别是300m级超高面板堆石坝在不同工况下的变形特性具有重要意义。  影响高面板堆石坝应力变形特性的因素很多,从规划阶段河谷形态,设计阶段的坝高、填筑分区分期、碾压密实度,施工阶段的施工程序到运行阶段的分期蓄水,都和面板堆石坝的应力变形特性密不可分。但当坝高达到300m级以后,综合考虑各种影响因素,坝高、填筑分区分期和碾压密实度对高面板堆石坝应力变形特性的影响最为敏感。虽然国内外通过研究坝高、填筑分区分期和碾压密实度来控制面板堆石坝的变形已有一定的成果,但都是相对于200m级高面板堆石坝得出的结论,以往的成果能否应用于300m级超高面板堆石坝,必须通过理论计算分析。因此,开展坝高、填筑分区分期和碾压密实度对高面板堆石坝变形特性的影响研究具有重要意义。  本文对高面板堆石坝堆石体自重分级加载过程、面板和垫层区之间的接触行为进行了分析,并且基于 ANSYS采用了合理的单元和材料参数进行模拟。以 ANSYS为开发平台,实现了邓肯 E-B本构模型的二次开发,完成了相应模块的程序设计,并通过工程算例对开发程序进行合理性验证。结果证明开发是成功的,可以将自行开发的程序应用于高面板堆石坝的变形分析,其主要内容如下:  1)通过从200m级过渡到300m级不同高度面板堆石坝变形的计算分析,得出一系列面板坝变形随坝高变化的规律。  2)根据填筑分区分期方案高面板堆石坝进行有限元计算结果,将不同主、次堆石分区方案及分期填筑对高面板堆石坝变形的影响进行了对比分析。  3)通过的不同高度高面板堆石坝进行有限元计算,研究碾压密实度对高面板堆石坝应力变形特性的影响;对比不同主、次堆石模量比对高面板堆石坝变形特性的影响;并优化了不同高度面板堆石坝满足变形其控制要求的碾压密实度。  从对200m到300m坝高过渡的面板堆石坝变形特性的改变比较,对300m超高面板堆石坝的变形特性的不利影响因素进行较为全面的概括及分析,总结出一套完整的面板堆石坝的静力结构性态特点。
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