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水利工程论文-设上游底缝改善拱坝应力状态的研究.doc

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水利工程论文-设上游底缝改善拱坝应力状态的研究.doc

水利工程论文-设上游底缝改善拱坝应力状态的研究摘要:本文首次采用边界元法对拱坝设上游底缝的影响规律进行了研究,分析了底缝设在不同高程、底缝的缝深不同以及干缝和湿缝对拱坝应力和变位的影响规律.分析结果表明:设上游底缝是改善拱坝应力状态的一个有效的工程措施.关键词:拱坝上游底缝边界元法湿缝1概述建在宽底河谷上的拱坝,在满库条件下靠近谷底的坝体上游面常常会出现拉应力.而出于对拱坝安全的考虑,往往希望尽量避免在坝内出现拉应力.如何解决这个问题,除了进行体型优化设计外,另一个有效的办法是采取结构措施,如在拱坝与基础过渡区设立周边缝[1],或在拱坝上游面设置人工底缝[2,3,5,].拱坝设置周边缝有许多成功的实例,如前苏联高加索地区272m高的英古里(Inguri)拱坝、意大利262m高的瓦依昂(Vajont)拱坝等.但也有部分专家、学者认为,设置周边缝将人为地切断拱坝周界,使其整体性削弱,抗剪强度降低,故对在高拱坝中设置周边缝持不同意见.设上游底缝的设计思想与设周边缝的构想有某些相似之处,但它可避免将坝体分割成坝壳和底座两部分,从而可保持坝的整体稳定性.设置底缝的构想源于瑞士人吉科特(H.Gicot)[4],他在1958—1962年修建的瑞士Toules双曲拱坝中第一次成功地实现了他的设想.随后,这一设计思想又在一系列工程中得到应用,如瑞士的Schiffenen拱坝和Hongrin拱坝,南非的Verwoerd拱坝、LeRoux拱坝和Katze拱坝.在这里值得一提的是Katze拱坝[6],该坝是一座高185m的双曲拱坝,拱圈最厚60m,坝顶周长710m,体积230万m,设计者为CoyneetBellier、Sogreah等公司组成的集体.为了提高Katze坝的抗断裂能力,设计者在诸多方案中选择了设置预留压力缝(preformedbottomjoint)的方案,即在坝底部设置了一条水平向的人工缝,而且在缝中引入库水压力,使其成为压水缝.目前此压水缝已建成.图1底缝构造关于人工底缝的一种典型构造如图1所示.底缝按正常的永久横缝那样施工,根据缝面的工作性态不同(干缝,不承受库水压;湿缝,即压水缝,承受库水压力),在上游侧或廊道前方设置封闭止水.对于湿缝(压水缝),为防范此措施万一失效,可设置灌浆系统,以备在必要时进行缝面灌浆.对于缝后设置廊道有下面的几个作用:防止裂缝进一步扩展;便于

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