溷凝土面板堆石坝沉降分析.docVIP

混凝土面板堆石坝的沉降分析 摘要：土耳其的Kurtun坝是一座混凝土面板堆石坝，位于东黑海地区，人们对 她的沉降过程做了调查和研究，在土耳其，这是第一座被监测的混凝土面 板堆石坝。人们利用计算机程序PLAXIS，通过二维平面应变有限元分析原 理，对大坝施工和水库蓄水阶段进行了坝体应力和位移的监测，并将观测 的数据与预测的应力和位移做了比较，比较的结果显示，在大坝的施工阶 段，二者整体上十分吻合。由于岸坡较陡，横跨山谷的拱对坝体的应力和 位移有重要影响。可以看出，在水库蓄水阶段，预测的位移比实际观测的 要大，这就表明了，水库蓄水阶段相对于施工阶段，堆石坝的坝体强度表 现的相对较高。土的压缩特性曲线通常是非线弹性的，并且压力的大小和 堆石坝的材料特性有关。该模型的参数可以参考相近的工程实例从相关的 规范中选取。 关键词：混凝土面板坝 位移 有限元分析 固结模型 压力 1、引言 现在，混凝土面板堆石坝（CFRD）在世界范围内非常流行，特别是在多雨地区，和地基相对透水的地区。在现行的技术阶段，混凝土面板堆石坝的设计主要是靠工程经验和实践(库克, 1984).因为这些建筑物非常重要，所以他们在施工阶段和水库蓄水阶段的变化过程必须精确的估算出来，而有限元分析是预测建筑物变化过程的有效方法中的一个方法。 有限元分析的关键在于以三轴实验为基础，建立一个符合实际的堆石坝材料应力应变模型。由于堆石坝材料的颗粒尺寸，直径可以达到1.2m，所以精确的实验数据很难得到，并且在工程实例中也很少。虽然可用的实验数据很少，但是一些文献中的三轴实验数据表明堆石材料据有抗压强度高和应力应变曲线呈非线弹性的特征(Marsal，1967； Marachi等人，1972; Duncan等人，1980)。 通过近几年的研究，在众多适用的材料模型中，邓肯-张的双曲线函数模型最具有代表性，并且邓肯-张的双曲线函数模型在一些近似的实验中运用的非常成功(Khalid 等人，1990； Saboya and Byrne，1993；Liu 等人 2002)。 在现有的研究中，常用“土的固结模型”来代替堆石材料的变化过程，并且土的固结模型实际上是对在PLAXIS程序中应用的双曲线函数模型的改(Schanz 等人1999)。 2、大坝情况 2.1.一般情况 Kurtun坝修建在东黑海地区，Gümüshane省Torul镇西北27公里的Harsit河上，修建大坝的主要目的是用来发电，年发电量达198 GWh。 大坝的坝体工程于1997年开始施工，1999年竣工。在石料填充完毕后，施工过程中断了1.5年，直至堆石坝体大部分沉降完成以后，混凝土衬砌工程才开始施工。水库蓄水开始于2002年2月8日，至2002年4月30日水库水面高程达到海拔630m。 Kurtun坝高出河床133m，上下游面的坡度分别为1.4:1和1.5:1（垂直投影长度与竖直投影长度相比），混凝土面板的坡度是1.406:1，坝顶长300m。大坝建在一个相对狭窄、岸坡较陡的峡谷里，山谷宽45m，左右两岸的平均坡度分别是61.32o和52.04o。图一表示了坝的最大横剖面和不同分区。 图1 Kurtun大坝最大横剖面 大坝坝址处的地质基本上是花岗闪长岩、辉绿细晶岩、安山岩以及石灰石，其中花岗闪长岩是大坝坝址处发现的最常见的一种岩石类型。大坝建筑物和分区的详细资料见表1： 表一 Kurtun坝的材料和建筑物的详细情况 2.2.大坝监测使用的仪器 因为kurtun坝是土耳其的第一座混凝土面板堆石坝，所以采用了很多仪器对大坝的变化进行监测。用于监测大坝的四种类型的设备分别是： - 液压式沉降仪，位于堆石内（ZDO）；- 液压式压力盒，在堆石坝体内（ＢＯ）； - 应变片，在混凝土面板上（ＧＯ）； - 表面式测缝计，位于混凝土面板内。 总共有33个液压沉降仪和22个土压力盒装在三个横断面上和四个不同的海拔高度，大坝最大横断面上的设备位置见图2，另外，在混凝土面板上还安装了16个测缝计和6个应变片。 图2 堆石体的设备装置情况 3、分析和结果 3.1一般情况 正如前面的段落所阐述的，土的固结模型即邓肯-张双曲线函数模型的改进模型在研究中被广泛应用。由于没有三轴实验的数据可以利用，土的固结模型参数一般从文献(Saboya and Byrne, 1993)中选择。表二例举了一些在初步分析中使用的一系列参数。 表二 土的固结参数 在固结模型中，在首次加载的情况下，抗剪强度qf达到50%时对应的切割模量可以通过公式 求解。式中E50ref是与侧限压力pref相对应的参考系数，E50ref取决于最小主应力σ3’即三轴实验中的侧限压力，若σ3’为负值则表示压力。幂数m控制附加应力，类