沥青混凝土面板堆石坝应力变形分析

沥青混凝土面板堆石坝应力变形分析

宝泉抽水蓄能电站上水库主坝为沥青商品混凝土面板堆石坝，坝址地质条件复杂。本文通过对该坝进行二维有限元计算，分析了坝体和面板的应力变形特性，重点是面板反弧段的变形，并提出了改善面板变形相应的工程措施。

1 前言

宝泉抽水蓄能电站位于河南省新乡市辉县薄壁镇大王庙以上 2.4km的峪河上，总装机容量为1200MW。电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房

洞室群和地面开关站等建筑物组成。

上水库主坝为沥青商品混凝土面板堆石坝，坝顶高程791.90m，最大坝高94.8m，坝顶长度600.37m，坝顶宽度10.0m。正常蓄水位为789.60m。上游沥青商品混凝土面板坡比为1∶1.7，厚20.20cm，面板下部设垫层和过渡层。坝体主堆石区采用开挖灰岩填筑，次堆石区为库盆开挖石料。主堆在坝轴线处以1∶0.2的边坡与次堆相接。坝基设有 4.00m厚的排水带。坝下游坡比为1∶1.5。库盆采用粘土铺盖全面防渗，典型断面见下图。

根据已经揭示的地质情况看，宝泉上水库主坝坝基覆盖层厚度不一，最深处可达26m，以第四系坡积、冲～洪积物为主。尤其是坝体左岸覆盖层存在古冲沟

和沟间洼地，内部充填洪积、崩积和坡积堆积层，间杂土质透镜体，结构复杂，

含泥量较大，变形模量较低，可能对坝体尤其是面板的安全产生不利的影响。覆盖层全部挖除成本太高，因此考虑将部分覆盖层保留；另外，为优化坝体材料，

覆盖层上面的库底填渣采用库岸开挖石料，坝体次堆石采用库盆开挖石料逐层填筑。

本文通过二维有限元计算，模拟坝体的施工过程和蓄水过程，研究堆石体及沥青商品混凝土面板的力学特性，以分析减少覆盖层开挖量和优化坝体分区材料

等对坝体尤其是对防渗面板变形的影响，进行安全评价。

2 计算模型及参数

2.1 计算模型

在本次计算中，沥青商品混凝土面板采用线弹性模型，坝基覆盖层料和各种坝体堆石料均采用邓肯－张E－B非线性弹性模型来描述。在线弹性模型中，只

需两个材料常数即可描述其应力应变关系：弹性模量E和泊松比v。

邓肯张E－B非线性弹性模型采用切线弹性模量Et和体积模量B来描述土体的应力应变关系。确定Et和B的主要公式中主要涉及以下参数：强度指标和φ，弹性模量数K，弹性模量指数n，破坏比Rf，体积模量数Kb，体积模量指数m，卸荷弹性模量数Kur。

2.2 计算参数

各种材料本构模型的计算参数见表1所示。其中，主堆料、次堆料、覆盖层料、垫层料、过渡料和排水层料六种坝料的本构模型计算参数根据大型三轴试验

结果确定；上游黏土铺盖、堆渣和碾压堆渣参照工程经验确定；沥青商品混凝土面板采用线弹性模型描述，其计算参数也参照工程经验确定。