水循环荷载作用下高面板堆石坝长期变形特性研究

水循环荷载作用下高面板堆石坝长期变

形特性研究

摘要：随着中国水利工程的快速发展，高面板堆石坝作为重要的水利工程结构之一，其长期变形特性的研究成为必要。本研究通过对水循环荷载作用下的高面板堆石坝长期变形特性进行深入研究，并结合实际案例进行分析。结果表明，水循环荷载对高面板堆石坝的变形特性具有显著影响，主要表现为沿坝高方向的收缩和坝体的畸变。同时，我们发现在设计和施工过程中，采取适当的措施可以有效减小高面板堆石坝的长期变形。该研究为高面板堆石坝的设计、建设和维护提供了重要参考依据。

关键词：水循环；高面板堆石坝；长期变形

引言

随着中国水利工程发展的迅速推进，高面板堆石坝作为重要的水利工程结构之一，在保障社会经济发展和人民群众生活安全方面发挥着重要作用。然而，水循环荷载对高面板堆石坝的长期变形特性产生显著影响，因此深入研究该影响成为必要。本文旨在通过分析高面板堆石坝在水循环荷载作用下的长期变形特性，并结合实际案例进行验证，探索影响因素及相应的设计、施工和维护建议。这将为高面板堆石坝的可持续发展提供理论依据与实践指导，进一步推动我国水利工程的科学发展。

1.高面板堆石坝的结构和特点

高面板堆石坝是一种常见的水利工程结构，其特点包括：由多个水平和垂直面板组成的堆石体，形成稳定的结构；面板之间设置接缝，便于水循环荷载产生的变形和位移释放；采用合理的防渗措施，防止水流对堆石坝造成冲击和侵蚀；坝体具有较大的基底宽度和侧坡坡度，提供足够的稳定性；适应不同水位变化的

需要，具备灵活性和可调节性。这些特点使得高面板堆石坝在抗洪、蓄水和灌溉

等方面具有广泛应用和良好的工程效果。

2.水循环荷载作用下的高面板堆石坝长期变形特性研究

2.1变形特征分析

在水循环荷载作用下，高面板堆石坝的长期变形特性表现出以下几个主要特征。沿坝高方向的收缩是十分显著的变形特征。这是由于高面板堆石坝的坝体受

到水位变化的影响，引起了材料的压实和沉降，造成了沿坝高方向的收缩变形。

坝体的畸变也是一种常见的变形特征。由于高面板堆石坝的面板间存在一定的位

移能力，水循环荷载作用下会产生相对位移，导致坝体的畸变，即水平和垂直方

向的形变。高面板堆石坝在长期变形过程中还可能发生顶部下沉和侧向位移。这

是由于水位的变化会给顶部施加额外的水压力，并且水流的冲击和侵蚀可能导致

土壤的松动和位移，从而引起坝顶的微小下沉和侧向波动。全面了解高面板堆石

坝的变形特征对于合理设计、安全施工和及时维修具有重要意义，为保障工程的

稳定运行提供依据。

2.2影响因素分析

水循环荷载作用下的高面板堆石坝的长期变形受多种影响因素的影响。以下

是对影响因素进行分析：水位变化是影响高面板堆石坝长期变形的主要因素之一。水位上升会增加水压力，导致坝体土壤的胀缩，引起沿坝高方向的收缩变形。而

水位下降则会减小水压力，使得压实土体发生弹性回缩，进一步影响坝体的变形。堆石材料的性质也会对变形产生影响。堆石材料的粒径、密实度和内摩擦角等特

性会影响坝体的变形行为。较大粒径和较高密实度的堆石有助于减小变形，而较

小粒径和较低密实度的堆石则容易发生沉降和畸变。坝体的建筑方式和施工方法

也会对长期变形产生影响。不同的堆石坝工法和堆石坝形式会导致不同的变形特性。合理的设计与施工控制可以减小变形的程度，提高坝体的稳定性。水位变化、堆石材料特性以及施工方式等因素对高面板堆石坝的长期变形起着重要作用。在

设计和施工过程中应充分考虑这些因素，采取相应的措施来控制和减小变形，并

确保工程的安全和可持续发展。

3.案例分析

3.1选取具有代表性的高面板堆石坝案例

选取具有代表性的高面板堆石坝案例是为了深入分析其水循环荷载作用下的

长期变形特性。其中一个代表性案例是某省的XX高面板堆石坝。该堆石坝位于

一条重要的河流上，设计用于供水、发电和防洪等多个功能。该案例堆石坝采用

了创新的高面板结构设计，面板之间设置了合理的接缝，并配备了先进的变形监

测系统。通过对该案例的长期监测和数据分析，可以全面了解高面板堆石坝在水

循环荷载作用下的变形特性，为相关工程的设计、施工和维护提供宝贵经验和指导。

3.2分析该案例下水循环荷载作用下的长期变形特性

在该代表性高面板堆石坝案例下，水循环荷载作用引起了一系列长期变形特性。通过对该案例的监测数据分析发现，沿坝高方向的收缩是主要的变形特征。

随着水位上升，坝体发生了弹性膨胀，相应的收缩变形也随之增加。而水位下降时，坝体则经历弹性回缩，导致收缩变形减小。坝体的畸变也得到了明显观察。

由于高面板堆石坝的面板间具有一定位移能力，水循环荷载导致的变化引起了坝

体的扭曲、形变和位移。这种畸变现象主要集中在坝体上部，并受到水压力变化

的影响更为显著。对该案例的观测还显示了局部区域水平和垂直方向的形变。在

水位变化过程中，该高面板堆石坝的上部区域产生了微小的顶部下沉和侧向位移。通过分析该案例下水循环荷载作用下的长期变形特性，可以有效了解高面板堆石

坝在实际工程中的变形行为。这为相关设计、施工和维护提供了重要的参考和经验，以保障工程的稳定运行和可持续发展。

3.3结果讨论和经验总结

结果讨论和经验总结如下：水位变化是高面板堆石坝长期变形的主要影响因素，沿坝高方向的收缩和坝体畸变是主要的变形特征。通过适当设计面板接缝、

选择合适的堆石材料和施工方式，可以有效控制变形。定期监测和评估变形情况，并及时采取维护和修复措施，有助于确保工程的安全可靠性和长期稳定性。以上

经验总结可为类似工程提供指导，避免潜在的问题并确保工程的成功实施。

4.设计、施工和维护建议

以下是关于高面板堆石坝设计、施工和维护的建议：设计建议：充分考虑水

位变化对变形产生的影响，在设计阶段进行全面的变形分析和预测。合理设计面

板接缝，确保其能够容纳坝体的收缩和畸变，减小变形引起的损害风险。施工建议：选择合适的堆石材料，注意粒径和密实度的控制，提高坝体的稳定性和抗变

形能力。严格控制施工过程中的压实和固结措施，确保堆石的紧密排列和充分压实，减小变形风险。维护建议：定期监测和评估坝体变形情况，建立健全的监测

系统，并充分利用监测数据进行维护决策和风险评估。及时采取维护和修复措施，包括补充堆石、修补面板接缝、加固坝基等，以保障工程的长期稳定性和安全运行。这些建议旨在指导高面板堆石坝的设计、施工和维护工作，以确保工程的安

全可靠性、稳定性和持续发展。

结束语

在设计、施工和维护高面板堆石坝过程中，了解水循环荷载作用下的长期变

形特性至关重要。我们的分析结果和经验总结为该工程提供了重要的指导和参考。