深厚覆蓋層地基高土石圍堰的滲流及應(yīng)力變形有限元分析.pdf

1、隨著我國(guó)水利水電工程建設(shè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的工程壩址不得不面對(duì)深覆蓋層地基問(wèn)題。在深覆蓋層地基條件下，許多大型工程的施工圍堰仍采用高土石圍堰，其堰體防滲采用復(fù)合土工膜，地基防滲則采用混凝土防滲墻。不少工程經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于這種圍堰結(jié)構(gòu)型式，堰體和深覆蓋層地基的滲流特性及應(yīng)力變形特性是影響圍堰工程安全的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以某擬建的大型水電站的高土石圍堰工程為依托，采用理論分析及有限元分析方法，進(jìn)行了深厚覆蓋層地基高土石圍堰的滲流特性及應(yīng)力變形特

2、性研究，以便為該高土石圍堰工程設(shè)計(jì)方案的選擇提供依據(jù)。
　　本文首先結(jié)合若干典型工程實(shí)例，系統(tǒng)分析總結(jié)了深厚覆蓋層地基高土石圍堰的滲流特性和應(yīng)力變形特性，以及深厚覆蓋層對(duì)于高土石圍堰應(yīng)力變形的影響機(jī)理；然后，結(jié)合此類圍堰的施工及運(yùn)行特點(diǎn)，分析了復(fù)合土工膜防滲體的滲流計(jì)算模型，研究了復(fù)合土工膜防滲體土石圍堰的滲流有限元分析方法，分析了深厚覆蓋層地基土石圍堰的材料(堰體及覆蓋層土體、防滲墻混凝土、復(fù)合土工膜)本構(gòu)模型，并研究了深厚覆蓋

3、層地基高土石圍堰應(yīng)力變形的有限元計(jì)算模型及分析方法。最后，基于上述理論分析成果，針對(duì)依托工程，結(jié)合其不同的圍堰斷面設(shè)計(jì)方案(方案2～方案5)，進(jìn)行了各典型工況的圍堰滲流有限元分析；針對(duì)不同的圍堰覆蓋層下部基巖及防滲培滲透系數(shù)變化情況，進(jìn)行了圍堰滲流的敏感性分析：進(jìn)行了各典型工況的圍堰應(yīng)力變形有限元分析；針對(duì)不同的覆蓋層及防滲墻物理力學(xué)參數(shù)變化情況，進(jìn)行了圍堰應(yīng)力變形的敏感性分析。研究結(jié)果表明：(1)設(shè)計(jì)采用土工膜與塑性混凝土防滲墻聯(lián)合防

4、滲方案是合理的，其防滲效果是顯著的；就各斷面方案圍堰的單寬滲流量、出逸點(diǎn)最大滲透坡降及出逸點(diǎn)高程而言，大壩基坑開(kāi)挖坡比對(duì)其影響相對(duì)較大，堰趾與基坑邊緣水平距R對(duì)其影響相對(duì)較小，防滲墻及基巖的滲透系數(shù)對(duì)其影響較大。(2)在圍堰蓄水(擋水)期，由于水壓力的作用，各斷面方案的防滲墻底部在各工況下均出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力，因此建議設(shè)計(jì)選用“高強(qiáng)低彈”的塑性混凝土材料；大壩基坑開(kāi)挖坡比及堰趾與基坑邊緣水平距R對(duì)堰體應(yīng)力變形的影響均相對(duì)較??；防滲墻彈性

5、模量對(duì)堰體水平位移及垂直位移影響不大，但對(duì)堰體大、小主應(yīng)力的影響較為明顯；防滲墻與兩側(cè)土體之間的內(nèi)摩擦角對(duì)堰體水平位移及垂直位移影響不大，但對(duì)堰體大、小主應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生一定的影響，隨著防滲墻與兩側(cè)土體之間內(nèi)摩擦角的增大，堰體大、小主應(yīng)力均有一定程度的增加。（3）從控制圍堰滲流、改善圍堰應(yīng)力變形狀態(tài)以及減小基坑開(kāi)挖量等角度綜合考慮，方案5相對(duì)較優(yōu)，即大壩基坑開(kāi)挖坡比可采用1:3，堰趾與基坑邊緣水平距R可取50m。
　　本文的研究成果，可