影响高面板堆石坝变形的若干因素

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ａ＋ ｂ ｗ
（ ２ ）
（） ３
…
Ｖ ｍ ８０ ｌ Ｊ
克拉 夫和邓肯应用直剪仪对 土与其它材料接触 面上 的摩擦 特性进 行 了试验研 究。结果表 明， 触面上剪应力 ｒ与接触面相对位移 呈 接 非线性关系 ， 近似表示成 双曲线 形式 可
式 中Ｐ 为大气压 ， 为应力水平 ，， ， ， 为待定参数 。 ａ ａｈ ｄ 假定应 变主轴和应变主轴重合 ， 则应变率可以 由下式表示 ：
＝
Ｈ
（） ８
式中的｛ Ｓ 为偏 应变张量 ， 为 剪切应力 。 ｌ 实际计算 时将流变作 为初应变 ， 并将实 际荷载增量持续 时间分为 若 干时间段 Ａｔ， … ， 分别为流变体应变和流变偏应变 的累加值 ： ￡ ， ，
７ ６
； ＼ 。 ＼ ＼
１计 算 方 法 ．
量 和偏应变 ， 对其求导 为 ：
一
ｌ苦 ； ｌ ｊ Ｊ 一 一
（） ７
式中 的 ｓ ｆ 和 ｆ 分别为 最终体积 流变应 变和最终 剪切体 积流变
应变， 有： 且
∈ ６ ３ ；０ ｌ１ ： （／ ） ）一 ／ 一１ Ｐ （ ）
ｅ ＝
１１ ． 模拟接触面 的算法 如何模 拟混凝土面板和垫层料之 问的接触特性 是面板堆石坝 中需 要解 决的难点 问题之一 。接触面 问题 是一种典 型的非线 性问题 ， 非 其 线性 是 由于接触 边界上 边界条件非 线性引起 的 对于 目前解决 接触 。 问题 的一般方 法是将两 种特性差异 大的材料定 义不 同的分区 ， 两者 在 之间加人无厚 度的 Ｇ ｏｍ ｎ ｏｄ ａ 单元 、 薄层单元或摩擦 接触单元 ， 这些方法 般能够模拟应 力上的突变但对 于位移 上的非连续 变化不能精确 的反 映 。对于无厚度 Ｇ ｏ ｍａ 单元能够模拟粘结 ， 离以及滑动接触状态 。 ｏｄ ｎ 分
坝进行探讨 。
接触 问题 的其它算法是 将不 同的材料分 区作为不 同的物体 ， 通过 接触力学 的方法进行计算 。这种 方法一般是通过物 体之 间的接 触和分 离 ， 将接触 时的无穿透 约束条件 和相互作用 力作为边界 条件施加 到 并 接触 物体上 。因此 ， 如何 将接触条 件适 当的引入求解过程 是求解 的关 键 。在数学上接 触问题 一般采用增 量法计算 ， 通过反 复的迭代来 判断 物体 之间的接触和分离状 态 ， 前 常用的有拉格 朗 Ｅ 子法 ， 目 ｔ 乘 罚函数法
面板与坝体之 间的脱空 以及垫层 的亏坡 ； 文还 通过有限元分析 了流 变对 高面板堆石坝的 变形影响 。 本 ［ 关键词 ］ 高面板堆石坝 填筑期坝体 变形 面板脱 空 流 变 有 限元
混凝土面板堆石 坝是一种经济可靠 的坝 型， 地形 、 对 地质以及气候 具有很强的适应性 ， 具有坝体和枢纽工程量少 、 工导流方便迅速 以 其 施 及便于就地 取材等 优点 。近几 年 ， 面板 坝的研究和 建设取得 了飞速的 发展 ， 于 ｌＯ 对 Ｏ ｍ级 的面板坝的建设积 累了大量施 工和设计方面 的经验 和技术 。 目前 ， 】 面板 坝 已经从 １０ ０ ｍ级发展到 了 ２ ０ ０ ｍ级 ， 国 已建成 我 的天生桥一级 面板堆石 坝有 １ ８ 水布垭 面板堆 石坝高度为 ２４ ７ｍ， ３ ｍ。相 比于 １０ ０ ｍ级 的面板堆 石坝 ， 高面板坝 出现 了一些耔： 的技术特 点 。随 着坝高 的增加 ， 出现 的这些 问题逐渐 的制约 了高面板坝 的发 展。如面 板 的裂缝增 加 ， 坏 了坝体 的防渗体 系 ； 同材料 分 区之 间 的变形差 破 不 异： 由于面板 的分期浇筑 出现面板 和堆石 体之间的脱空 ， 导致面板下 面 失去 支撑体 而产生大挠度变形 。同时流变也是影响 高面板坝变形 的一 个关键 因素 ， 究如何将 流变产生 的影 响控制在 坝体填筑 阶段也将是 研 发展 高面板堆石 坝要解 决的重要 问题 。本 文使用 Ｅ Ｂ参数对 ２０ — ０ ｍ高 面板坝进行有 限元计算 ， 析影响高面板 坝变形的一些因素 。 分
一
∑￡ ￡ ｙ ∑ｙ 。； ， △ 一 △
（ ９ ）
对于 ｄ， ， ， 可 南实测资料反馈所得。 ｂｄＩ ｌ ｌ ２高混凝土面板堆石坝的变形计算 ． ２１ ． 施工临时剖面对坝体变形的影响 对于 ｌＯ Ｏ ｍ级 的面板堆 石坝可 以全 断面填筑上 升 ， 同时压密 ， 不用 设施 工临时剖面ｆ 图 １。然 而 ２０ 如 ） ０ｍ级 的面板坝 ， 由于填筑 量大 以及受 填 筑强度 的影响 ， 往往 要设 置施工临时剖面 。下 面以２ ０ ０ ｍ的面板堆石
科 技信 息
ｌ ｇ 高 面 瓶 堆 石 ＝ 变 形 硇 若 干 因素 ￣Ｈ ｉ Ｉ ［ 贝
石 家庄 市水利水 电工程 处 宋翠 景
［ 摘 要］ 对于高面板堆石坝 ， 合理 的坝体分 区以及 坝料 选择 能有效的控制坝体 的变形 ； 但是对 于研 究２ ・ ０ ｍ以上的高坝 ， ３ 由于临 时断 面的拦 洪过 水以及水位 的骤 变 ， 因此 需考虑复杂填筑 对坝体 变形 的影响 ； 分期 面板 的浇筑需要和 坝体 的填筑保持一 定高度 差 ， 防止
以及 直 接 约 束 法 。
本文 中采用 了前者无厚度的 Ｇ ｏ ｍａ 单元来模 拟接触问题。 ｏｄ ｎ Ｇ ｏｍ ｎ ｏ ｄ ａ 单元接触面上 的应力 和相对 位移 关系为
图 １ 断 面 填 筑 全
［ ＝ 】 】 ［ 【 】 叫 （） Ｉ 二维计算分析 中， ＝ ， ｌ为接触面上 叨向与法向应力 ， ‰ 【 ＝ Ａ ，ｖ 为接触面相对位移， （ 叫 【ｕＡ］ 【Ｊ Ｋ 为接触面的 本构算子