高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究

《高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

http://www.paper.edu.cn,总第期成都科技大学学报一又。年期尽别、又认高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究·张林李朝国胡成秋《成都科技大学水电学院成都摘要本文结合沙牌碾压混凝土拱坝坝体设置三条诱导缝,坝体设置周边应力释放缝,坝体不设缝的三种情况,进行了整体结构模型试验分析了坝体的应力、变形及,。破坏特性为工程的设计和施工提供了参考依据关键词碾压混凝土拱坝,诱导缝周边应力释放缝一无缝结构模型试验爪分类号,随着碾压混凝土筑坝技术的日趋成熟这项新技术不仅在重力坝中得到了广泛应用。而且已成功地用于拱坝建设之中年我国建成了第一座碾压混凝土拱坝即贵州普定,,。碾压混凝土重力拱坝最大坝高是目前世界上已建成的最高的碾压混凝土拱坝这标志着我国对碾压混凝土拱坝筑坝技术的研究已处于世界领先水平。四川沙牌水电站碾压混凝土拱坝是我国目前在建的高碾压喇混凝土拱坝。为了对这座高达的碾压混凝土拱坝的结构柔军特性进行研究,我们通过三个方案的整体结构模型,分别对坝体设置三条诱导缝、坝体设周边应力释放缝、坝体不设缝等方案进,,行试验分析了坝体的应力及变形特性并采用超载法进行破坏,,试验根据试验结果的综合分析对坝体结构的合理性作出全面·补扩。协闪︹,的论证户峨口工程概况‘、毋、沙牌水电站位于四川省阿坝藏族、羌族自治州坟川县草坡甲立丛河上。该枢纽由碾压混凝土拱坝、泄洪隧洞、引水发电隧洞及水级血竹。,,卜巡‘月电站等组成拦河坝最大坝高米最大底宽米坝顶宽,。,厚高比水库正常高水位米总库容亿立方。。米电站总装机万图收稿日期一一转载 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn成部科技大学学报,‘年弓期坝址区河谷地形在平面上呈葫芦形。坝址河谷两岸较陡左坝肩下游侧有一高约米的陡崖,右坝肩下游材由于何流流向由原来向拐弯成向,因此形成一个三面。,。,,“”。临空的山脊总的看来两坝肩都显单薄从立面上看坝址河谷深切呈形状两岸大,,。,致对称其宽高比约为适宜于修拱坝临江坡顶高程为一。来河床宽。一,。、,米两岸基岩裸露坝址区主要为花岗闪长岩夹绿帘石黑云母及石英角岩无顺河断,,。,,层发育除局部需处理外对坝体稳定无影响此外在两坝肩上部有软岩带它的变形,。。对坝体应力及位移有一定影响因此在试验中进行了模拟坝体拱冠梁钊面见图模型设计简介整体结构棋型试牲方案农,体绪物侣弓试脸方夜方案试脸条件及要求荷载组合用超载法进行破坏试脸水压砂压温降坝体设周边应力屏放缝加两条诱导缝和一条水平施工缝甲,侧坝体的同上应力及变形用超载法进行破坏试验坝体设三条诱,导缝皿测坝体的应力及变形同上用超载法进行破坏试验模型的相似条件由于整体结构模型主要是分析坝体的应力及变形特性,属线弹性范围问题应按线弹性模型的相似条件设计即要求满足,,,,·,,,一,·一,,一、、‘、,、、、、、。。、、式中几已分别为应力比弹模比儿何比泊桑比比应变比式中、,、、、。尸分别为变形比体积力比水压力合力比几水压密度比及坝体材料密度比模型几何比及原、模型材料力学参橄。。模型几何比一。模型材料选用四川省眉山县生产的目模型石膏制模根据户原型坝与地基变形模量的变化范围及制模浇块的可能性等条件综合分析及相应的材,最后选用模。料试验型材料的弹模比故相应材料的力学参数如表所示 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn张林等高砚压混凝充拱坝结构特性试验研究农整体结构模型力学参数原型材料模型材料各类材料变形棋设计变形模量实际采用值,,二坝体基岩闪长花岗岩片益,车年车奴郊岩岩带刀宕带,一,,一,此外诱导缝及甲水平施工缝的力学参数九。变模值为。,。爪相应的模型值几氏其模型实际采用值为几一,。演导缝均为通缝缝位见图和图周边应力释放缝深度按设计要求取各高程,,。拱厚的距拱端米缝宽以不闭合为度拱门中心跳一一司司方案一方案二方案三圈上游立视图棋型加荷及侧系统坝体作用荷载主要有水压力、淤沙压力、坝体自重及温度荷载等。各方案的荷载组合。,,见表模型试验中温度荷载现阶段只能按温度当量荷载近似考虑对坝体上下游及内,《水工建设中部的温度场的模拟还有困难为此本课题采用黄文熙论文集的结构力学与》声”岩土力学问题刊出的沮度应力当量荷载在拱坝模型试验中的应用一文介绍的方法进,并采用行温度荷载的计算加载方式采用液压千斤顶加载一型自控液压稳压装置供压和稳压。模型量测分为应变及位移量测两大系统。在坝体的上下游布置了个应变测点共计,。个应变片由此得出上下游面各部位的应力应变量测采用日本进口的一型多点万能数字测试装置,自动测试自动打印。位移量测采用一型数值显示仪观,。,,测并辅以百分表和千分表监测由于坝体的上游面有千斤顶加载无法布置位移测点因 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn成都科技大学学报年期此,只在坝体的下游面布置了个位移淹点监测大坝的位移。试验成果分析,,通过三个方案的整体结构模型试验获得了坝体在不同荷载的组合情况下的应力位。,移成果以及由超载法进行破坏试验获得的破坏过程和破坏形态限于篇幅仅列出各方案的最大径向位移值,,见表各方案的最大应力见表方案三坝体上下游面的主应力分布、。、。图见图图方案一方案二和方案三坝体下游面的破坏形态见图,由于整体结构模,值得说明的是型坝体自重不相似但自重应力又是不可忽视的重要因素之一。为此,我们采用拉斐尔教授提出的分层积分法俗称逆施工法进行。’坝体自重应力测试本次是将坝体自坝顶往坝底分为七段依次锯除,将上一段坝体的自重,,,加在下一段坝体的顶部相应测试下部坝体各点的应变值最后总合各次的测值即可得出上下游坝面的自重应力再将、,它迭加到方案一方案二和方案三的应力成果中便得出各方案不同荷载组合下的主应力分布成果。表各方案大径向变位值农单位方翔,,,,组合一。。正常温降组合,正常情况注表中位移未迭加坝体自重产生此位移表各方案大主应力对照表上上游坝面面下游坝面面最最大主压应力力最大主拉应力力最大主压应力力最大主拉应力力口数数值值出现部位位数值值出现部位位数值值出现部位位数值值出现部位位甲甲甲甲。一荷载组一拱冠右拱端左拱端丛巫。一。荷载组合一同上同上同上同上守甲。。荷载组合一甲一同上右拱端拱冠荷载组一同上同上一同上。同上甲甲甲荷载组合一凡一同上丛垦左拱端丛旦荷载组合一同上一同上同上荷载组合正常水位淤沙自重温降说明荷载组合正常水位淤沙自盆压应一拉应力十 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn张林等高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究,,由于坝体为等厚度三心园单曲率不对称拱坝右半拱弧长大于左半拱尤以甲。,,以上为甚由于结构不对称形成坝体荷载分布的不对称加之两拱端与软岩带接触的,,。部位及分布上的差异导致试验所得的应力及位移分布的不对称其主要特点如下所述一一月阅阅一’,,,竺竺朋二亡亡佃州州全粼粼乞月‘叫叫几,,匕之之吕吕一一一一一一,,··,氏月月—门门一一矛矛姗二,曰、、、,月,一沃流流月肠肠肠肠坷坷’’一里、润一’二二竺生一只只图方案三《正常自,沮阵上游切面主应力分布坝体位移分布特性三个方案坝体位移分布总土,一产产,,匹匹的规律符合常规即拱冠位移大介翻一一于,拱端位移坝体上部位移大于匆抽抽几。二下部位移但因左右半拱结构不卿伙伙‘‘‘‘对称,右半拱位移大于左半拱的舒仲仲‘‘和仲仲仲仲仲。,犷犷位移此外由于软岩带在坝。。,加。。,阳娜娜、、体右岸上部拱端基面下分布范,围较大左坝肩软岩带主要分布在拱端,上游侧这就形成了坝肩两岸岩体上下部及左右岸,的刚度大小不一加之坝体结构困方案三正常自皿沮降下游坝面主应力分布,及荷载分布不对称这不仅形成,,右半拱变位大于左半拱的变位而且出现因趾压缩变形左拱端出现有向上游方向的变,,。位致使坝体在向下游变位的同时在平面上伴随有逆时钟向的转动变位从各方案坝体的最大位移值对比看,,均无论荷载组合情况如何是方案二拱冠部的径,,。,,向位移值最大方案三次之方案一最小之所从如此这是因为方案一坝体无缝刚度较,、,大自然变位相对较小方案三设有三条诱导缝梁向刚度虽未变但拱向刚度却有所削 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn成都科技大学学报年期,,弱所以变位较无缝坝的变位大方案二设了周边应力释放缝在坝体中部还设有两条诱,名,,导缝同时在甲沉设有水平施工缝拱向及梁向的刚度均有所削弱特别是在两拱端上游侧及垫座顶设了周边应力释放缝后,虽然对应力状态有所改善,但因边界约束能力减,,、、。弱变位自然增大且大于方案一三因此是符合实际情况的坝体应力分布特性上游坝‘面主应丸分布特点,各方案上游坝面的主应力分布总的规律是最大压应力出现在拱冠主拉应力出现在,。拱端且各方案的大主压应力区均出规在项袜中部即洒一‘高程拱冠附近各方案最大主压应力由大到小依次排序为方案二、方案三及方案丫、具体数值见表。由于,。方案二向下游的变位最大所以上游面的主压应力最大是合理的这是因为设了周边应力导,护气华华华二曰曰·,,」」尸尸尸。。国国图下游坝面破坏形态释放缝、竖向诱导缝和水平施工缝后,拱和梁的整体刚度有厉削弱的结果。上游坝面的主拉应力主要出现在拱端,由于各方案坝体结构特性有所不同,因此坝体应力也有所变化调整。就各方案荷载组合的情况进行比较,方案一最大主拉应力出现在高程右拱端,其值为。。方案三设有三条诱导缝,最大主拉应力出现在,。,高程左拱端其值为玩其次在三条诱导缝的底部也出现了较大的主拉应。,,力说明缝端部出现应力集中方案二设有周边应力释放缝两条诱导缝和水平施工缝坝,,体中下部拱端主拉应力明显减小最大主拉应力值为出现在高程右拱端附近。、下游坝面主应力分布特点一,各方案下游坝面应力分布总的规律的是最大主压应力出现在拱端主拉应力出现在拱冠。大压应力区均出现在坝体中下部即高程拱端处,最大主压应力由大一、,,到小依次排序为方案三方案一方案二在同州方案中载组合‘的主压应力大于荷载声组合的主压应力。最大主拉应力出现在拱冠梁下部,其中以方案三的主拉应力为最大·。,,其次是方案二和方案一由此可见设缝后下游坝面的最大主拉应力有所增大且底拱圈的主拉应力也大于无缝情况的主拉应力。总之下游坝面各方案的主应力分布规律大体致丫,,其。但是设缝后在与缝相邻部位的应力有所变化和调整余部位影响较小此外,坝体上、下游面的主应力分布均存在着不对称的特性,右半拱的主压应力大于左半拱的主压应力,这与右半拱的变位大于左半拱的变位是相协调的。这主要是由于坝体 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn张林等高压混凝土拱坝结构特性试脸研究几何形状,,不对称引起的结果加之片岩挤压带出现于坝肩上部使得该部岩体总刚度,,。。较下部弱导致坝体变位增大应力增大这说明对两坝肩进行加固处理是十分必要。。,的但应力分布的不对称性较位移分布不对称性小试验结果还表明无论坝体设缝与不,只要缝、,设缝或缝的类型如何未开裂坝体的应力水平无明显的变化只有超载一定值后,。,缝开裂坝体应力才会出现较大的改变同时表明碾压混凝土拱坝采用周边应力释放缝和诱导缝相结合的结构形式是可行的但必须注意坝体的施工质量。一坝体准娜过提及碗坏珍奋分析、,三个方案坝体的破坏形态见图破坏试验采用水平超载法各方案的水平超载系数。,均在左右由三个方案总的破坏形态看出无论坝体有缝或无缝以及缝的类型和笋合,,,情况如何有其共同的破坏特点一是在甲幼以下坝体破坏较重且裂缝自下而上发,,““展裂缝分布形态大同小异二是右半拱破坏程度较左半拱严重兰是诱导缝较诱。,,导缝破坏严重之所以如此这是因这坝体中下部属大应力区其破坏是与应力分布相协。,,,调的其次由于坝体结构左右半拱不对称右半拱外荷载较左半拱大特别是随着超载倍,,。数的增大右半拱的变位大于左半拱的变位因而造成了右半拱破坏程度较严重的结果,,三个方案的破坏形态尽管有如上的共同特点但因坝体结构及缝的类型不同自然有各自特殊性。方案一坝体无缝,相当于一个三边固结一面临空的单曲不对称壳体结构且,,,承受不对称的非均布荷载须伴下部荷载较上部天故裂缝由固结边界往中部扩展随着荷载的增大,裂缝又,,往四周特别是上部扩展但因两岸地形地质条件的差异特别是软岩带在右岸上部与拱端相接触的范围较左岸大,因此层对右拱端上部影响较大。方案,,二由于坝体上游面设有周边应力释放缝中部设有两条诱导缝在甲还设有一条,、,水平施工缝特别是水平施工缝的存在将坝体分成上下两大区且两区段坝体结构特点荷载分布及地基特性的综合影响程度有所不同,尽管坝体下部破坏较重,裂缝仍然自基面,,,,,向中间扩展但因水平施工缝存在随着荷载的增加水平缝开裂应力释放下部裂缝无法向坝体上部发展,故坝体上部裂缝分布与方案一有较大差异。方案三坝体设三条诱导缝,,梁的,无疑拱的刚度有所削弱作用有所增强加之甲无水平施工缝存在坝体,、,右半拱又设有两条诱导缝在坝体结构荷载分布及地基特性的综合影响下坝体下部裂,,,缝自坝基面向中部发展后由于诱导缝的存在随着超载倍数的增大裂缝主要往挥顶方。,”,,,向扩展从三条诱导缝看缝最先破坏缝次之缝未破坏这为坝体竣工后灌浆的先后次序提供了参考依据。结论及赚议,在正常运行期无论坝体设缝或不设缝以及缝的类型和缝的组合情况如何只要,,,缝未开裂坝体的应力及位移分布规律基本是相似的其应力与位移水平也相差不大。,、。均可满足设计要求一旦缝开裂则坝体的应力位移分布规律及水平将发生明显的变化,坝体设置周边应力释放缝加两条诱导缝后只要缝未开裂既可降低拱端上游侧,又。,的拉应力水平可以改善全坝的总应力状态因此在碾压混凝土拱坝中设置周边应力,,。释放缝是有好处的但应力释放缝设多深合适值得进一步研究 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn成娜科技大学学报年期由各方案坝体的破坏形态看当侧以下坝体破坏较重·上部破坏较轻,右半。称,,咨,拱破坏较左半拱严重叹诱导缝破坏较重尹诱导缝次之诱导缝破坏较轻或未破坏这为诱导缝灌浆的先后次序提供了参考依据。、,由于甲以上坝体结构左右半拱不对称加之两坝肩与汉软岩带相处的部,,,位不同导致体的应力及位移分布的不对称由于岩层的压缩变形影响致使坝体在向下游变位的同时,。为改善坝体在平面上伴随有逆时针向的转动变位的应力及变形状,。态建议对软岩带进行加固处理今考文献沈崇刚国外碾压混凝土坝建设情况及发展趋势,水利学报,,、黄文熙温度应力当量荷载在拱坝模型试验中的应用,黄文熙论文选集一水工建设中的结构力学与岩,石力学问题编辑胡菊华甘衍毋八场朋,,,,板·