堆石压实标准及结构分区对混凝土面板堆石坝应力变形影响的研究综述

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1、第卷第期中国水利水电科学研究院学报年月文章编号堆石压实标准及结构分区对混凝土面板堆石坝应力变形影响的研究综述徐泽平中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京摘要在混凝土面板堆石坝的设计中坝体的变形是一项至关重要的控制因素筑坝堆石材料的压实控制标准和坝体结构分区设计是混凝土面板堆石坝变形控制的重要措施从堆石的压实标准看当堆石材料的填筑密度从一个相对较低的数值提高到较高的数值时坝体和面板的变形和应力分布将得到明显的改善从坝体断面分区布置看次堆石区的变形将会对面板的应力和变形产生一定的影响对于高混凝土面板堆石坝这一影响尤其明显在坝体的断面分区设计中变形特性相

2、差很大的堆石填筑分区将有可能导致混凝土面板发生拉伸裂缝本文通过对相关研究和数值模拟的综述提出提高堆石填筑压实标准改进坝体断面分区可以显著改善坝体和面板的应力变形性状从而提高大坝的整体安全特性关键词堆石的压实堆石分区应力变形混凝土面板堆石坝中图分类号文献标识码研究背景在混凝土面板堆石坝的设计施工中坝体的变形控制是一项最重要的考虑因素面板的应力接缝的位移等无一不与此密切相关因此在混凝土面板堆石坝中堆石体应达到尽可能高的变形模量以保证其在自重和水荷载作用下具有尽可能小的变形堆石的变形模量主要取决于堆石母岩的性质堆石的级配和施工压实的情况欲使堆石体获得较高的

3、变形模量就需要选用新鲜坚硬级配优良的堆石以一定的压实功能将其压实至较高的密度就坝体的断面设计而言堆石体分区的主要目的就是要控制坝体变形保证坝体渗流稳定并在此基础上实现对材料的充分利用混凝土面板堆石坝所承受的主要荷载是堆石体的自重和水荷载大坝的防渗主体是混凝土面板以及相应的接缝止水为防止面板和接缝止水系统的破坏坝体堆石分区的原则应该是从坝体上游至下游堆石变形模量递减以保证水库蓄水后坝体的变形尽可能的小与此相对应针对坝体从上游面至下游坡的不同分区材料的类型级配密度以及压实标准也应有所区别坝体堆石的不同分区相应的不同压实标准将直接影响混凝土面板堆石坝的变形

4、特性本文将主要通过数值分析研究对堆石压实标准和坝体结构分区对坝体的应力变形特性的影响进行分析和论证堆石体的结构分区设计和压实标准对于常规的混凝土面板堆石坝其堆石材料分区一般分成个主要区域区为防渗补强区位于面板底部周边缝附近区为垫层区位于面板下游侧垫层料为人工级配料其中周边缝下常采用粒径更细的小区料区为堆石区其中为过渡区为主堆石区为次堆石区料应满足变形模量递减和渗透性递增的原则收稿日期作者简介徐泽平男江苏南京人博士教授级高级工程师主要从事岩土力学及高土石坝研究堆石压实标准及结构分区对混凝土面板堆石坝应力变形影响的研究综述徐泽平从堆石压实标准设计看坝体堆

5、石的碾压施工一般考虑以下几种填筑参数堆石的铺层厚度碾压遍数加水量堆石的铺层厚度越薄越容易被压实相应的施工成本也越高填筑的强度也越低堆石的碾压遍数越多压实度越高但通常碾压遍数达到一定程度后遍压实度的增加趋于稳定在碾压过程中加水可以降低压实难度并可减小竣工后的沉降但对吸水率较低的坚硬岩石加水效果不甚明显除以上填筑参数外堆石的级配和最大粒径对于压实的效果也有较大的影响堆石的不均匀系数越大压实效果越好但也越容易出现颗粒的分离堆石粒径越大压实越不容易近年来随着混凝土面板堆石坝坝高的增加和施工技术的改进坝体堆石在填筑施工时越来越强调压实密度的提高即变形模量的提高

6、在施工机具的选择上可以通过使用重型压实机具或采用新型压实机具来提高堆石的压实效果如的自行式振动碾牵引式振动碾冲击压实碾等压实标准对坝体应力变形的影响作为一种有着坚固颗粒的散粒体材料堆石体在经过碾压后一般都具有较高的密度和较小的孔隙比其压缩性一般较低从试验研究中可以发现堆石的压缩模量与填筑的干容重密切相关随着堆石干容重的增加堆石体的压缩模量也急剧增加而从堆石材料三轴试验数据的统计中也可以发现堆石材料邓肯模型参数弹性模量数和体积模量数也是随堆石填筑密度的增加而增大因此在数值分析研究中可以通过对比不同材料参数对应不同的压实密度情况下的坝体应力变形变化趋势研

7、究不同压实标准对坝体应力变形的影响本文的计算分析选取一个典型的分析模型计算分析模型的基本特征参数为坝高坝体分区面板垫层区过渡区主堆石区次堆石区面板厚度垫层宽度过渡区宽度河床宽度岸坡建基面水平高程上游蓄水位计算分析中主堆石的计算参数如表所示均取自灰岩堆石料不同的干密度次堆石参数统一按主堆石参数的选取表材料的邓肯张模型参数材料名称????方案方案方案方案图所示为不同计算方案情况下坝体最大沉降的变化趋势图所示为面板最大法向位移的变化趋势从图中可以看出坝体填筑密度的变化对于坝体和面板的变形有着直接的影响坝体的变形随着填筑密度的提高而降低当堆石填筑密度在较低的

8、水平时填筑密度的变化对坝体变形有着显著的作用但当堆石填筑密度处于较高水平时填筑密度增加所引起的对坝体变形减小