高面板砂礫石壩非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合研究.pdf

1、混凝土面板壩具有安全性、經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性等特點(diǎn)，具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景。目前，砂礫石是一種廣泛分布于河床和灘地的天然材料，與爆破堆石料相比，其開(kāi)采成本低、施工簡(jiǎn)便，且壓實(shí)不易破碎等優(yōu)點(diǎn)常被選為混凝土面板壩的筑壩材料。我國(guó)西北地區(qū)已建或在建多座百米級(jí)的混凝土面板砂礫石壩，有的抗震設(shè)計(jì)烈度大于或等于8度。由于天然砂礫料具有級(jí)配離散性差、間斷性和施工易分離性的特點(diǎn)，抗?jié)B透破壞和抗沖蝕的能力相對(duì)較差。大壩防滲體一旦發(fā)生破壞，將對(duì)安全構(gòu)成威脅。目前，

2、國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混凝土面板壩防滲體破壞大都分別從流、固兩種不同的角度去研究，對(duì)地震作用也都以震后大壩防滲體損傷、壩體滲流的狀態(tài)來(lái)評(píng)價(jià)壩體安全性。然而，一旦防滲體損傷開(kāi)裂將會(huì)導(dǎo)致庫(kù)水滲漏，引起滲流-砂礫石料-防滲面板的相互作用，有可能對(duì)大壩安全產(chǎn)生更不利影響，這在以往的研究中尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。在非穩(wěn)定滲流場(chǎng)的作用下，壩體應(yīng)力和變形必然會(huì)發(fā)生改變，這種非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合的作用對(duì)壩體和混凝土面板會(huì)產(chǎn)生什么影響，需要進(jìn)行深入研究。因此，研究基于非穩(wěn)定滲

3、流-應(yīng)力耦合的計(jì)算方法對(duì)評(píng)價(jià)大壩安全具有重要理論和工程意義。
　　本文采用混凝土損傷模型和堆石料廣義塑性模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合計(jì)算方法，分析在非穩(wěn)定滲流作用下，大壩應(yīng)力和變形的變化規(guī)律。主要工作有：
　　（1）建立了以混凝土損傷模型和堆石料廣義塑性模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合計(jì)算方法。自編與巖土工程商業(yè)軟件系統(tǒng)-GeoStudio配套軟件形成計(jì)算文件，應(yīng)用Seep/w模塊進(jìn)行非穩(wěn)定滲流分析，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)孔隙水壓力

4、，并將孔壓映射到固體網(wǎng)格。對(duì)某面板砂礫石壩筑壩材料的靜、動(dòng)力三軸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，整理出廣義塑性模型計(jì)算參數(shù)，為壩體靜、動(dòng)應(yīng)力分析提供依據(jù)。
　?。?）采用本文建立的計(jì)算方法，在極端、正常工況下，分別對(duì)溝后面板砂礫石壩潰壩過(guò)程進(jìn)行二維非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合有限元分析、二維有限元穩(wěn)定分析。由此驗(yàn)證計(jì)算方法的合理性，計(jì)算程序、計(jì)算參數(shù)的可靠性。結(jié)果表明：極端工況下，庫(kù)水沿粗粒料和細(xì)粒料交界面延伸且在重力的作用下向四周擴(kuò)散。將壩體分為飽和

5、區(qū)和非飽和區(qū)，最終達(dá)到穩(wěn)定滲流狀態(tài)。壩料填筑嚴(yán)重分層及筑壩材料排水不暢，對(duì)下游壩坡的穩(wěn)定是不利的；正常工況下，墊層控制著壩體的滲流量，大部分水頭集中損失在墊層中。面板局部破壞處小范圍出現(xiàn)拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力值很小，不至于引起面板進(jìn)一步損傷和破壞，水深對(duì)面板局部影響不顯著。
　　（3）對(duì)壩高為200m弱透水性面板砂礫石壩進(jìn)行二維靜、動(dòng)力有限元分析，確定面板損傷分布，根據(jù)面板損傷情況，確定混凝土面板滲透系數(shù)的變化?？紤]墊層失效且壩料填筑明