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金佛山混凝土面板堆石坝应力变形二维有限元研究 　　摘要：针对重庆市金佛山混凝土面板堆石坝初步设计方案，通过静力平面应力变形分析计算，分析了坝体在竣工期、蓄水期的应力变形分布规律，重点研究了主堆石孔隙率、次堆石材料对面板和趾板的应力变形、周边缝变位等的影响，为选取主堆石孔隙率、次堆石区筑坝材料提供依据。计算结果表明，主堆石孔隙率采用20.1%和19.1%均可行，次堆石筑坝材料采用弱风化带粉砂岩∶页岩=7∶3和弱风化带粉砂岩∶页岩=5∶5均是可行的。但是相对于其他方案，采用主堆石孔隙率为20.1%，次堆石筑坝材料为弱风化带粉砂岩∶页岩=7∶3的方案，坝体、面板、趾板的应力变形较小。 关键词：混凝土面板堆石坝；应力应变；有限元分析 中图分类号：TV64 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0149-05 混凝土面板堆石坝从20世纪30年代的抛填式发展到70年代的现代碾压式，是筑坝史上的一个巨大突破。碾压式面板堆石坝具有工程量小、工期短、造价低、安全性高等优点，常成为坝型选择中的一种主要方案[1-6]。 按目前的科学发展水平，用有限元方法进行大坝应力应变分析，可以预估在施工期及运行期坝体的变形分布、面板应力应变、周边缝和垂直缝的张开量与压缩量等。为堆石体坝料分区、施工程序安排及运行性态预测提供科学依据。对指导坝体结构设计具有重要的意义[7]。 [JP2]在金佛山水利工程初步设计方案中，将混凝土面板坝堆[HJ1.5mm]石坝作为一个比选方案。该工程坝址开挖料和料场爆破料中均含有一定比例的页岩，如果在坝体填筑料中能够利用部分页岩料，将具有显著的经济效益和环境效益。本文拟对重庆市金佛山水利工程混凝土面板堆石坝进行二维静力有限元应力应变分析，探讨竣工期和蓄水期坝体、面板、趾板、周边缝的应力和变形特点，并对页岩料的利用问题进行了研究。[JP] 1 工程概况 金佛山水利工程位于重庆市南川区、万盛区以及贵州省桐梓县，是以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合利用的大（2）[HJ2mm]型水利工程，水库枢纽工程由拦河大坝、溢洪道、泄洪放洪洞、坝后式电站、渠道工程等组成。 4.6 周边缝变位 4个方案的竣工期的周边缝水平向张开位移最大值仅为0.6 mm，蓄水后明显增大，最大值为9.0 mm。竖直向剪切位移竣工期最大值仅为0.3 mm，蓄水后有所增大，最大值为3.7 mm。 5 结论 （1）通过对金佛山混凝土面板坝进行的二维应力应变计算分析可知，该工程在竣工期和蓄水期坝体变形及应力、面板变形及应力、趾板应力和周边缝变位等方面，应力和变形符合一般规律。坝体整体稳定性较好，能够满足结构稳定要求。 （2）从坝体变形及应力、面板变形及应力、趾板应力和周边缝变位等方面分析，主堆石孔隙率采用20.1%和19.1%是可行的，次堆石筑坝材料采用弱风化带粉砂岩∶页岩=7∶3和弱风化带粉砂岩∶页岩=5∶5，均是可行的。 由于二维有限元计算仅选取的是坝体的最大断面作为计算断面，计算得到的坝体应力变形特点与整个坝体的情况存在着差别，因此本次计算仅可作为坝体材料选择设计的参考。另外，计算选取的两个因素（主堆石孔隙率和次堆石筑坝材料）变化对工程造价并没有显著影响，因此本文没有进行经济方面的分析。 参考文献（References）： [1] 恩戈科.混凝土面板堆石坝的应力应变计算的发展与灵敏度分析[J].河海大学学报，1999，27（4）：97-100.（NGOKO.Development and Sensitivity Analysis of Concrete Face Rockfill Dam Stress-Strain Alculations[J].Journal of Hohai University，1999，27（4）：97-100.（in Chinese）） [2] 张朝辉.柏叶口水库混凝土面板堆石坝施工期坝体排水[J].山西水利科技，2011，（4）：10-11.（ZHANG Chao-hui.Constructionperiod Dam Body Drainage for Baiyekou Concrete Face Rockfill Dam[J].Shanxi Hydrotechnics，2011，（4）：10-11.（in Chinese）） [3] 吕生玺.九甸峡混凝土面板堆石坝应力和变形有限元分析[J].南水北调与水利科技，2010，8（3）： 117-120.（LV Sheng-xi.Finite Element Analysis on Stress and Deformation for Jiudianxia Concrete Face