碾压混凝土坝变形安全监控模型的研究.pdfVIP

碾压混凝土坝变形安全监控模型研究 顾冲时李云宋敬衡 (河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098) 摘要：研究了碾压混凝土坝本体、施工层面及坝基等各部的变形规律，并采用不同的模型描述了 上述各部分的本构关系，据此分析了影响碾压混凝土坝变形的主要影响因素，探讨了水压分量、温 度分量以及时效分量的影响因子，并重点对不同荷载作用下的时效分量的组成进行了研究，提出了 碾压混凝土坝变形安全监控模型。文末结合了工程实例，分析了变形安全监控模型的建模过程，讨 论了变化荷载作用下时效分量的模拟方法． 关键词：碾压混凝土坝；本构；变形；安全；监控模型 1前言 碾压混凝土坝由于在筑坝过程中层层碾压，因而碾压层之间出现一系列的施工层面。分析 表明，施工层面其实质是一个上下两层之间的一个过渡带，与碾压混凝土层的本体相比，其力 学和渗流性质存在着较大差异【1】【2】。因此，在建立安全监控模型时应考虑施工层面对整个坝体 性质影响。另外，大坝由坝体及坝基组成，对于常规的混凝土坝，主要考虑坝体本身及坝基的 变化性质就能较好反映整个大坝的变化规律。而对于碾压混凝土坝，在研究其变化规律时，总 体上也主要分析坝体及坝基两大部分，但在分析坝体变化规律时，需将本体和层面分开考虑， 才能较为客观地分析整个大坝的变化规律。目前，常规混凝土坝安全监控模型研究较多，有不 少学者在这方面迸行了有益尝试，提出了一些安全监控模型【3l；而碾压混凝土坝由于问题的复 杂性，在这方面的研究较少，主要套用常规混凝土坝的方法对大坝进行安全监控，尚未找到较 为适合碾压混凝土坝安全监控模型的建立方法。本文深入研究了碾压混凝土坝的本构特点，确 定了本体、施工层面及坝基的本构模型，据此研究并建立了碾压混凝土坝的变形安全监控模型， 并重点分析了非线性变形建模方法。 2碾压混凝土坝变形过程及本构模型 根据大量的实验及实测资料分析表明，碾压混凝土坝的变形呈粘弹性过程。因此，在分析坝 体和坝基变形过程中采用粘弹性计算模型‘4】【51。 2．1坝基的本构模型 坝基在一定的荷载作用下，其变形包括瞬时弹性变形、衰减蠕变变形、不可逆蠕变变形等， 194 模型和马克思威尔(Maxwell)模型串联而成。 GI( T ·●}——一 nK 图1坝基本构模型示意图 在三维应力状态下，上述本构关系可分为两部分，一部分为球应力的弹性本构关系，可用 虎克定律描述，第二部分为偏应力的粘性本构关系，其粘性应变为： 斗一去b唧c》枷出卜》训 m +勺，。膳+2％su+荔1iJ龟t勖出 式(1)中，当Sij等于初始偏应力Sijo为常量时，其粘性应变为： SUO 铲龟一计鲁kk fl唧卜鲁㈣)】) ∽ 心一薏。一气) 式(1)、式(2)中： Gk、Ilk一一为开尔文模型中延迟剪切模量和剪切粘性系数； eu,ot一为t=tD时开尔文模型的初始偏应变； 瓯，7村一为马克思威尔模型中的弹性剪切模量和剪切粘滞系数； 气．咖～为t=tD时马克思威尔模型的初始偏应变： ％一为偏应力张量； S00一为初始偏应力。 2．2坝体的本构模型 对于碾压混凝土坝而言，坝体由两大部分组成，一部分为碾压混凝土层本体，另一部分为 碾压层之间的施工层面。这两部分力学和渗流特性相差较大，因此，在模拟分析时需选用不同 的分析模型。下面以大坝变形为例对这两部分的情况作一分析。 2．2．1碾压混jlE土层