深厚覆盖层上高面板堆石坝新型结构应力变形性状影响因素研究.ppt

深厚覆盖层上高面板堆石坝新型结构应力变形性状影响因素研究 第十二届全国土力学及岩土工程学术大会 潘家军水利部岩土力学与工程重点实验室长江水利委员会长江科学院2015 7 20 汇报提纲 一 研究背景与意义二 计算模型及计算参数三 盖板长度对大坝应力变形性状的影响四 覆盖层加固对大坝应力变形性状的影响五 结论 1 研究背景与意义 攀枝花 宜宾 乐山 二滩电站 金沙江 金沙江 岷江 大渡河 长江 雅砻江 Yibing Panzhihua Leshang 成都 昆明 宜宾 大理 乐山 攀枝花 丽江 澜 沧 江 金 沙 江 雅 砻 江 大 渡 河 岷 江 白鹤滩 糯扎渡 乌东德 金沙江干流 乌东德 塔城 其宗雅砻江干流 两河口 牙根大渡河干流 双江口 长河坝 瀑布沟澜沧江干流 糯扎渡 如美 古水怒江中下游 松塔 鹿马登 坝高136m覆盖层厚90m 狮子坪 瀑布沟 坝高186m覆盖层厚75m 糯扎渡 坝高261 5m覆盖层全开挖 双江口 坝高314m覆盖层厚60 80m全部挖除 1 研究背景与意义 九甸峡 坝高136m覆盖层厚56m 察汗乌苏 坝高107 5m覆盖层厚47m 1 研究背景与意义 随着我国西部水电开发进程的深入 不可避免地会遇到深厚覆盖层上的建坝问题 面临覆盖层开挖与保留问题 大开挖方案 直接将心墙坝的防渗心墙或面板坝的趾板建造在基岩上 开挖回填工程量大工期长施工期间的排水困难弃碴占地多且污染环境 1 研究背景与意义 保留方案 直接将心墙坝的防渗心墙或面板坝的趾板建造在覆盖层上 廊道尺寸较小 一般仅允许在廊道里面进行帷幕灌浆 不能在廊道里面施工防渗墙 必须先施工完防渗墙再填筑坝体 无法调整防渗墙的施工顺序 制约工期覆盖层超百米 坝高超150m 坝基变形量大 防渗墙应力高 对防渗结构要求高 难以接受 尚无工程经验 1 研究背景与意义 深厚覆盖层上直接建设高坝对策 心墙坝 直接在覆盖层上建 混凝土盖板 混凝土盖板中设置大型廊道 可以在大型廊道中施工修建防渗墙 由覆盖层中的防渗墙 混凝土盖板及以上的坝体形成完整的防渗体系 1 研究背景与意义 深厚覆盖层上直接建设高坝对策 面板坝 在覆盖层上浇筑一层混凝土盖板 1 研究背景与意义 2 计算模型及计算参数 计算模型 依托我国西南地区金沙江拟建的某高土石坝工程 最大坝高218m河床覆盖层厚77m 100m 主要为砂砾卵石和漂石 自上而下依次为 河床覆盖层内设两道混凝土防渗墙 防渗墙厚1 6m 深入基岩1m 坝体和覆盖层的本构模型采用邓肯E B模型剖分单元数为2170个 节点数为2457个计算中面板 盖板 防渗墙采用线弹性模型 面板与垫层 防渗墙与覆盖层 盖板与坝体及覆盖层之间设置无厚度Goodman单元模拟接触面特性计算仿真模拟坝体施工 蓄水全过程 2 计算模型及计算参数 计算参数 2 计算模型及计算参数 计算方案 3 盖板长度对大坝应力变形性状的影响 盖板长度对坝体应力 变形的影响 无论是竣工期还是蓄水期 坝基盖板长度对坝体竖向位移和主应力大小影响均很小坝体水平位移随盖板长度的增大而减小 当盖板长度从0增大到3 4顺河向坝底宽度时 水平位移最大值从202cm减小至175cm 表明盖板对控制坝体变形有一定作用 3 盖板长度对大坝应力变形性状的影响 盖板长度对面板应力 变形的影响 蓄水期面板位移和应力随盖板长度的增大而减小 但总体上坝基盖板长度对面板位移和应力大小影响均较小 3 盖板长度对大坝应力变形性状的影响 盖板的长度对竣工期防渗墙的变形影响很小 但在蓄水期 防渗墙向下游的水平位移随盖板长度的增加而减小 当盖板长度从无到逐步增大到3 4坝底宽度时 防渗墙的弯曲挠度从1 91 减小到1 62 防渗墙竖向压缩变形随盖板宽度的增加而略有增大 在坝基面增设混凝土盖板对防渗墙应力变形沿高程分布规律无影响 防渗墙大主应力以覆盖层中间软弱夹层为分界 下段大主应力随盖板宽度的增大而略有增大 上段变化值则相对较小 4 覆盖层加固对大坝应力变形性状的影响 坝基覆盖层灌浆加固使其模量提高后 坝体变形随加固区模量的增大而减小 主应力随加固区模量的增大变化较小 加固区模量增大时 坝体向上游水平位移减小50 7 63 7 向下游水平位移则增大5 0 6 9 坝体沉降减小10 9 12 5 蓄水期坝体向上游水平位移减小27 4 51 1 向下游水平位移减小20 95 27 5 坝体沉降减小12 2 13 7 覆盖层加固对大坝应力 变形的影响 4 覆盖层加固对大坝应力变形性状的影响 面板位移随覆盖层加固区模量的增大而减小 当模量提高1倍和2倍时 法向位移分别减小20 4 和27 1 盖板下覆盖层经灌浆加固后 面板应力随覆盖层加固区模量的增大而减小 当模量提高1倍和2倍时 顺坡向压应力分别减小41 1 和51 4 顺坡向拉应力分别减小17 3 和34 9 覆盖层加固对大坝应力 变形的影响 4 覆盖层加固对大坝应力变形性状的影响 面板位移随覆盖层加固区模量的增大而减小 当模量提高1倍和2倍时 法向位移分别减小20 4 和27 1 盖板下覆盖层经灌浆加固后 面板应力随覆盖层加固区模量的增大而减小 当模量提高1倍和2倍时 顺坡向压应力分别减小41 1 和51 4 顺坡向拉应力分别减小17 3 和34 9 覆盖层加固对大坝应力 变形的影响 4 覆盖层加固对大坝应力变形性状的影响 防渗墙变形随覆盖层模量的提高而减小 竣工期防渗墙向上游水平位移减小32 9 47 9 向下游水平位移则增大5 9 防渗墙竖向位移减小21 9 35 9 墙体弯曲挠度从1 65 减小至0 94 蓄水期防渗墙水平位移减小29 0 37 6 竖向位移减小58 6 69 5 防渗墙主应力随覆盖层模量的提高而减小 竣工期防渗墙大主应力减小21 5 36 9 小主应力减小6 8 7 5 蓄水期防渗墙主应力随覆盖层模量提高而减小的比例与竣工期基本相同 可见 覆盖层模量提高能有较为有效的约束防渗墙墙体变形 改善墙体应力状态 覆盖层加固对防渗墙应力 变形的影响 5 结论与建议 坝基增设混凝土盖板后 对坝体水平位移的影响相对较大 对竖向位移和主应力的影响很小 当盖板长度从0加宽至3 4坝基宽度时 大坝总体水平位移减小略13 4 面板减小7 2 防渗墙减小19 1 坝基混凝土盖板是否设沉降缝对坝体 面板 防渗墙的应力变形影响很小混凝土盖板下覆盖层上部两层经灌浆加固