面板堆石坝面板力学模型及应力分析.pdf

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1、第41卷第17期人民长江Vo1．41．No．172010年9月YangtzeRiverSep．，2010文章编号：1001—4179(2010)17—0074—05面板堆石坝面板力学模型及应力分析余小孔，王正中，刘铨鸿(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100)摘要：面板堆石坝面板裂缝问题一直是制约其发展的一个关键技术问题。相对于竣工期混凝土干缩和温度应力造成的早期细小裂缝而言，蓄水期坝体结构受力变形是造成面板裂缝的控制因素。根据蓄水期面板受力情况，将面板看作弹性地基(堆石体)上的梁，

2、根据鲍幸涅斯克弹性理论求得堆石体对面板的法向抗力和切向抗力，由面板微元受力模型，应用材料力学推导出面板顺坡向应力和轴向挤压应力的表达式。算例表明，公式可以用于估算面板顺坡向最大应力和轴向最大挤压应力。最后分析了表达式中有关参数的变化对面板应力的影响。此研究对控制面板应力和变形、防止面板裂缝具有一定的参考价值。关键词：面板；力学模型；应力分析；面板堆石坝中图法分类号：TV641．4文献标志码：A混凝土面板堆石坝以其安全性好、适应性广、施工水平约束采用折线假定，推导出有关地基上大体积混方便、投资省、工期短

3、等优点，近几十年来得到了广泛凝土板的温度应力计算的解析方法。孙役等针对应用。随着面板堆石坝技术的发展和新技术的不断应面板在施工期和蓄水期的实际受力变形特点，提出竣用q，面板堆石坝正逐渐成为一种极具竞争力的土石工期的混凝土干缩和温度应力是造成面板早期细小裂坝坝型。与此同时，某些已建工程也出现了一些问缝的主要因素，而蓄水期坝体结构受力变形所造成题，如许多面板堆石坝在施工期和蓄水期或多或少地的对面板的剪切挤压力、面板自重等是造成面板后期出现了面板开裂现象。过去20a来面板裂缝和压损呈规律性开裂的主要因素。所

4、以，相对于竣工期混凝在几座高坝中都有过报道。如中国天生桥一级土干缩和温度应力造成的早期细小裂缝而言，蓄水期(178m)，蓄水3a后，2003年7月，在面板中部L3和坝体结构受力变形是造成面板裂缝的控制因素。L4间出现垂直缝。巴西肯柏诺沃面板坝(202m)，在1蓄水期面板受力分析面板中部L16和L17出现垂直缝。莱索托莫赫尔面板坝(145m)，2006年3月蓄水时，面板中部沿垂直缝出如上所述，施工期面板混凝土干缩和温度应力是现挤压裂缝。由此可见，面板裂缝问题成了制约面板造成面板早期细小裂缝的主要因素，但

5、是在蓄水期较堆石坝发展的一个关键技术问题，因此，研究面板力学高的水头压力作用下，面板上游面的部分裂缝会得到模型，从力学角度根治面板裂缝问题，具有重要的现实一定程度的闭合，同时坝体结构受力变形引起面板的意义。张国新推导了面板收缩后受堆石体及侧面先浇挠曲应力，对面板开裂影响很大。所以本文模型不考块约束时沿断面拉应力分布的解析解，求出最大拉应虑竣工期温度变化引起的面板应力和变形，仅考虑蓄力断面位置及应力值与底面及侧面约束的关系。水期坝体结构受力引起的面板应力。张德兴和李梦佳提出了考虑地基对板的双向约束以及蓄

6、水期混凝土面板堆石坝的面板受力示意如图1非均匀受力的计算模型，其竖向约束采用文克尔假定，所示。其中为蓄水后的水压力，F为堆石体对面板收稿日期：2010—05—30作者简介：余小孔，女，硕士研究生，主要从事水工结构数值分析研究。E—mail：yupeaeoek33@163．corn第17期佘小孔，等：面板堆石坝面板力学模型及应力分析75的支撑力，P为趾板对面板的支撑力，G为面板白重，S=(7)为垫层料对面板的摩阻力。各种力的计算分述如下。式中，为堆石的变形模量，MPa；6为荷载作用面积的宽度(取单宽)；

7、为形状系数，对面板取1．0～2．0，本文取中间值1．5；为面板与垫层之间的摩擦系数。所以抗力系数：K=·6f1一lZ2)≈一151一(I8^)Jos．(一)堆石体的沉降和压缩变形对混凝土面板的变形和应力有着直接的影响，而堆石体的变形主要又取决于堆石料的变形模量。影响堆石料变形模量的因素图1蓄水期面板受力不恿有：相对密度(或初始孔隙比)、不均匀系数、最大1．1面板的自重粒径和围压等，其中堆石料的密实程度是影响其变形令面板轴向长度为L，t为面板底部的厚度，n为模量的主要因素，相对密度越大，变形模量越大。在

8、蓄厚度变化率(n<0)，面板容重为，坝坡角为／3，任水期，三角形分布自重及水压力荷载使下部堆石所受意高程的面板厚度为：外荷载增加，因而相对密度较大，使堆石的变形模量自t()=t+Ⅱ(1)顶部逐渐向底部增加。据此，可假没堆石的变形模量则面板自重在板轴向的分力为：在坝顶处为初始变形模量向下呈抛物线递增，到q()=(t0+。)sin／3(2)坝底处为最大，设为E⋯，则各离程的变形模量关系在坝面法向压力为：式可设为：2q()=(￡0+0)COs／3(3)vE()