地基水荷载对混凝土坝位移影响研究 Study of concrete dam displacement with foundation water load.pdfVIP

第1期 水利水运工程学报 NO．1 AND 20lO年3月 HYDRO-SCIENCEENG巧iEE刚【NG Mar．2010 地基水荷载对混凝土坝位移影响研究 黄耀英1，沈振中2，田 斌1，周宜红1 (1．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098) 摘要：分析了地基变形模量随深度逐渐增加、渗透系数随深度逐渐减小、坝基渗透系数各向异性、坝踵设置帷 幕排水，以及考虑渗流场和应力场耦合等对混凝士坝位移分量的影响，得出如下结论：作用在地基上的水荷载， 使混凝土坝坝顶相对参考基点(倒垂锚固点或坝踵正下方1倍坝高处)的水平位移指向上游，而参考基点的水 平位移随地基截取范围的增大而增大．由于大坝工程上常将倒垂线锚固在岩基深处，并认为该倒垂线测值为绝 对位移．当考虑作用在地基上的水荷载时，将倒垂线测值作为绝对位移的认识存在局限性．为了获得精度良好 的参数反演值，必须考虑参考基点的位移，应采用大坝有限元数值计算的坝体位移和基点位移的相对值，联合 实测位移分离出的水压分量进行参数反分析． 关 键 词：混凝土坝；水荷载；位移分量；反分析 中图分类号：TV642 文献标识码：A 在水荷载作用下，混凝土大坝任一监测点产生的水平位移由三部分组成¨’2】：①水压力作用在坝体上产 生的内力使坝体变形而引起的位移；②在建基面上产生的内力使地基变形而引起的位移；③库水荷载作用使 库盘变形所引起的位移．目前工程上多假设地基不透水，上游库水荷载作为面荷载作用在地基表面¨。o，由 于实际地基是透水性材料，大坝建成蓄水一段时间，在地基内将形成渗流场，上游库水对地基变形的影响应 按渗流体积力(或称渗流体荷载)进行分析”“0|．张有天¨1、王媛旧。等认为混凝土坝虽然透水，但因其渗透系 数很小，水力梯度非常大，通常近似按不透水介质处理，此时坝体上游面作用水压力(面荷载)，坝基面作用 扬压力(面荷载)，而作用在地基上的水荷载一般按渗流体荷载考虑． 由于大坝和岩基工作条件复杂，难以准确给定荷载及计算参数．实际大坝工程上常采用原型监测资料来 反分析大坝和岩基的实际运行状态…．当采用大坝安全监控中混合模型…的调整系数来反演坝体混凝土弹 性模量及岩基变形模量时，反演的精度与水荷载施加的合理性关系较大．另外，基于实测位移分离出的水压 分量，联合大坝有限元正分析，采用优化反分析方法进行参数反演时，同样存在水荷载施加合理性的问题． 笔者采用同一均质各向同性地基有限元模型，基于等效连续介质模型，对比分析了作用在地基上的水荷 载作为面荷载和作为渗流体荷载引起的地基变形，得到结论：作用在地基上的水荷载作为面荷载p和作为渗 流体荷载Z存在等效关系IpI=I彬：+一+∥山，其中￡为流线路径，但该水荷载分别作为面荷载和渗流。 J? 体荷载引起的地基变形差异很大．换句话说，作用在地基上的水荷载总的作用力等效，但并不一定引起相近 的效应量(位移、应力等)．笔者分析还表明，作用在地基上的水荷载引起坝体的水平位移随着地基截取范围 的增大而增大，而且参考基点(例如倒垂在岩基内的锚固点或坝踵正下方1倍坝高处)的位移也随地基截取 范围的增大而增大． 收稿日期：2009—02—12 基金项目：国家自然科学基金资助项目，三峡大学基金资助项目(2008A007 作者简介：黄耀英(1977一)，男，湖南郴州人，副教授，博士，主要从事大坝安全监控和数值计算方面的教学与科研工作 E—mail：huangyaoying@sohu．com 万方数据 第1期 黄耀英，等：地基水荷载对混凝土坝位移影响研究 43 由于实际地基的岩石风化层从上到下～般为：全风化层、强风化层、弱风化层、微风化层、新鲜基岩．地基 变形模量一般随深度逐渐增加，而渗透系数则逐渐减小．另外，地基渗透系数存在各向异性特性且坝踵区域 一般设置帷幕排水等．考虑这些因素后，作用在地基上的水荷载引起混凝土坝位移的特性是否仍