刍议面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施

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1、刍议面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施　　　　摘要：堆石体变形控制是保证面板堆石坝防渗体系安全的重要措施，变形控制的重点在于控制面板浇筑后的堆石体变形，预沉降是重要工程措施之一。基于此，本文主要分析了面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施。下载论文网　　关键词：面板；堆石坝流变；预沉降时间；措施　　一、面板堆石坝流变分析　　（一）计算网格　　参照坝体的施工及蓄水过程进行三维模拟，以坝横0±为X轴，以坝轴0±为Z轴，竖直方向为Y轴，竖直方向坐标采用实际高程坐标，建立直角坐标系。根据该面板坝基础开挖图、坝轴线横剖面图以及实际的坝料分区情况，

2、面板中部沿坝轴线方向每隔12m取一个断面，靠近岸边部位分隔加密而建立几何模型，将整个坝体沿坝轴线划分35个断面。整个面板坝被分为6188个单元，6812个结点。　　（二）计算模型参数　　本节计算中，堆石料本构模型采用邓肯张E-B模型，其参数C、φ0、Δφ、K、n、Rf、Kb、m、Kur、nur由常规三轴试验数据整理回归得到。流变计算则选用增量流变模型，其参数由类比已有面板坝工程的流变参数得到；另外，混凝土采用弹性模型，面板与垫层间、面板接缝均设置接触面软单元。　　（三）计算工况　　本次计算根据坝体实际填筑与蓄水过程进行仿真加载，考虑

3、水荷载是在坝体填筑完成并达到稳定变形后进行。主要分析正常蓄水位工况（自重+水压力+浪压力，上游水位从起算，按每10m一级逐步增加至正常蓄水位）下坝体及面板的变形应力情况。　　（四）成果分析　　1、堆石流变对坝体变形应力的影响。考虑堆石料的流变效应，蓄水期坝体沉降，相比不考虑流变时增加，流变变形占总变形约八分之一；水平向下游位移达到，比不考虑流变稍微增加。另外，较不考虑流变情况下，大主应力变化规律及极值变化较小，而小主应力略有松弛。总体上，符合流变现象中堆石体蠕变、应力松弛的规律。　　2、堆石流变对面板变形应力的影响。考虑堆石流变效应

4、后，面板最大挠度，较不考虑流变时增加；面板坝轴向位移也有所增大。水库蓄水，在水压力作用下，面板绝大部分区域为受压状态，而在面板端部及两岸存在局部拉应力区，部分区域拉应力较大。考虑堆石的流变特性，面板顺坡向最大压应力及拉应力值分别为与；坝轴向最大压应力与拉应力值分别为与，均较不考虑流变效应计算结果偏大。由此可见，考虑堆石体流变后，面板变形和应力总体上均有所增加，这与混凝土弹性材料的线弹性应力应变规律相吻合。　　二、不同预沉降时间影响分析　　为了减小流变变形对面板应力变形的影响，实际工程施工中一般会采取一定的预沉降时间。研究坝体填筑完成

5、后不同预沉降时间的影响是选择预沉降时间的关键，本文进一步计算了预沉降时间分别为60天、120天、180天和360天的施工期方案。　　如图1给出了计算得到的5种不同的施工期方案坝体沉降最大值增量随时间变化的曲线，坝体沉降最值增量由运行期的最值减去相应蓄水完成期的最值得到，各种施工方案坝体沉降增量均随着运行时间增加而增大；由相关数据可以看出，预沉降时间较长的施工方案运行期流变变形较小，引起的坝体沉降增量也较小。　　从其他数据分析，并给出不同的施工方案的面板挠度随时间变化曲线，各种方案的面板挠度均随着运行时间逐渐增加，而预沉降时间较长的施

6、工方案运行期流变变形较小，运行期的面板挠度也就越小。不同施工方案计算得到流变变形对面板应力影响规律与上一节类似，但面板应力大小受预沉降时间的影响较大。由相关数据可以看出，不同施工方案面板顺坡向和水平向应力最值，可以看出预沉降时间越长，面板的压应力最值越小，对面板的安全性也越有利。　　三、预沉降时间选择的探讨　　由上述计算成果可知，预沉降时间越长，面板施工完成后的坝体流变变形就会越小，对面板应力和变形的影响也就越小，从应力和变形的角度来说大坝也就越安全。然而，预沉降时间越长会导致施工期变长和工程投资的相应增加。因此，在确保大坝应力变形

7、安全的前提下，应选择对施工和工程投资有利的预沉降时间。从变形速率看，见图1，当预沉降时?g为120天时，面板浇筑后100天内的坝体沉降速率约为6mm/月，且变形速率已趋于收敛，从这个角度来说，预沉降时间不小于120天是合适的。从沉降量来看，预沉降时间小于180天时，大坝沉降和面板应力最大值随预沉降时间增加显著减小；而预沉降时间大于180天时，这种变化则不太明显，所以选择预沉降时间不需大于180天。根据实际工程需要，对于积石峡面板堆石坝，选择120天-180天的预沉降时间均是可行的。　　参考文献：　　[1]黄耀英，田斌，沈振中.基于工

8、程类比法的面板堆石坝流变变形反馈[J].中国科学：技术科学，2015，04：434-442.