高面板砂礫石壩非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合研究.pdf

1、混凝土面板壩具有安全性、經(jīng)濟性和適應(yīng)性等特點，具有競爭力和發(fā)展前景。目前，砂礫石是一種廣泛分布于河床和灘地的天然材料，與爆破堆石料相比，其開采成本低、施工簡便，且壓實不易破碎等優(yōu)點常被選為混凝土面板壩的筑壩材料。我國西北地區(qū)已建或在建多座百米級的混凝土面板砂礫石壩，有的抗震設(shè)計烈度大于或等于8度。由于天然砂礫料具有級配離散性差、間斷性和施工易分離性的特點，抗?jié)B透破壞和抗沖蝕的能力相對較差。大壩防滲體一旦發(fā)生破壞，將對安全構(gòu)成威脅。目前，

2、國內(nèi)外學(xué)者對混凝土面板壩防滲體破壞大都分別從流、固兩種不同的角度去研究，對地震作用也都以震后大壩防滲體損傷、壩體滲流的狀態(tài)來評價壩體安全性。然而，一旦防滲體損傷開裂將會導(dǎo)致庫水滲漏，引起滲流-砂礫石料-防滲面板的相互作用，有可能對大壩安全產(chǎn)生更不利影響，這在以往的研究中尚未見報導(dǎo)。在非穩(wěn)定滲流場的作用下，壩體應(yīng)力和變形必然會發(fā)生改變，這種非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合的作用對壩體和混凝土面板會產(chǎn)生什么影響，需要進行深入研究。因此，研究基于非穩(wěn)定滲

3、流-應(yīng)力耦合的計算方法對評價大壩安全具有重要理論和工程意義。
　　本文采用混凝土損傷模型和堆石料廣義塑性模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合計算方法，分析在非穩(wěn)定滲流作用下，大壩應(yīng)力和變形的變化規(guī)律。主要工作有：
　　（1）建立了以混凝土損傷模型和堆石料廣義塑性模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合計算方法。自編與巖土工程商業(yè)軟件系統(tǒng)-GeoStudio配套軟件形成計算文件，應(yīng)用Seep/w模塊進行非穩(wěn)定滲流分析，計算出節(jié)點孔隙水壓力

4、，并將孔壓映射到固體網(wǎng)格。對某面板砂礫石壩筑壩材料的靜、動力三軸試驗結(jié)果進行擬合，整理出廣義塑性模型計算參數(shù)，為壩體靜、動應(yīng)力分析提供依據(jù)。
　　（2）采用本文建立的計算方法，在極端、正常工況下，分別對溝后面板砂礫石壩潰壩過程進行二維非穩(wěn)定滲流-應(yīng)力耦合有限元分析、二維有限元穩(wěn)定分析。由此驗證計算方法的合理性，計算程序、計算參數(shù)的可靠性。結(jié)果表明：極端工況下，庫水沿粗粒料和細粒料交界面延伸且在重力的作用下向四周擴散。將壩體分為飽和

5、區(qū)和非飽和區(qū)，最終達到穩(wěn)定滲流狀態(tài)。壩料填筑嚴重分層及筑壩材料排水不暢，對下游壩坡的穩(wěn)定是不利的；正常工況下，墊層控制著壩體的滲流量，大部分水頭集中損失在墊層中。面板局部破壞處小范圍出現(xiàn)拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力值很小，不至于引起面板進一步損傷和破壞，水深對面板局部影響不顯著。
　?。?）對壩高為200m弱透水性面板砂礫石壩進行二維靜、動力有限元分析，確定面板損傷分布，根據(jù)面板損傷情況，確定混凝土面板滲透系數(shù)的變化?？紤]墊層失效且壩料填筑明