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硬填料坝是以硬填料作为筑坝主体,并在坝体上游面布置防渗体构成的断面基本对称的一种新坝型。该坝型兼具碾压混凝土坝和混凝土面板堆石坝两种坝型的优点,同时在经济性、安全性和环保性上具有自己独特的优势,已得到国内外坝工界广泛关注,具有广阔的应用推广前景。
筑坝硬填料是由河床砂砾料或开挖废弃料与少量胶凝材料经过简易设备拌合后振捣碾压而成的。由于其硬化周期较长,且具有显著的非线性特征,单纯沿用以往混凝土重力坝的应力变形仿真计算方式对硬填料坝进行计算,可能不再合适。因此,有必要探讨坝体填筑过程和硬填料的非线性特征对硬填料坝体应力变形的影响,并找到针对硬填料坝的合适计算方式。在此基础之上,对地基刚度对硬填料坝应力变形的影响以及地震作用下该坝型的应力变形特性等问题开展进一步研究。本文针对一座具有典型断面的坝高100 m的硬填料坝,围绕以上问题,做了一些有益的探讨。具体来说,本文的主要工作如下:
(1)分析不同加载方式和本构模型对硬填料坝体应力变形的影响,指出坝体填筑过程及硬填料的非线性特征对硬填料坝体的应力变形影响显著。硬填料坝的应力变形分析,宜采用仿真加载方式和二元本构模型计算。
(2)采用二元本构仿真加载方式,分析不同地基刚度下硬填料坝的静力特性,探讨地基刚度对坝体应力变形的影响。指出地基弹性模量对硬填料坝的应力变形影响显著,硬填料坝的抗剪强度安全系数很高,一般可只需进行抗压强度和抗拉强度的计算,而不需要进行抗剪强度的计算。
(3)基于拟静力法,并采用附加质量法考虑动水压力对坝体的影响,编写动力有限元计算程序对地震作用下的硬填料坝应力变形进行研究。指出竣工期垂直位移呈现上部小、下部大,坝址处压应力最大;挡水期水平位移增大显著,压力增大显著。