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混凝土面板堆石坝由于其优越的安全性、经济性及适应性在坝型选择中颇具竞争力,在水利水电工程中正得到越来越广泛的应用。 近几年来,世界上已建、在建的许多高面板堆石坝工程在施工期普遍出现了面板和垫层料之间脱空的现象。面板脱空后工作状况恶化,加剧了面板挠曲变形,形成弯曲应力和拉应力,因而容易产生裂缝,当裂缝贯穿面板使其大量漏水时将会影响大坝安全。实践证明,分期施工是产生面板脱空的重要原因,而其本质是由于面板与坝体材料差异造成变形难以协调,由此可见在面板坝分期施工过程中如何保证面板与垫层间良好的依存性即如何防止二者脱开的问题至关重要。 本文首先通过两个已建典型工程实例,结合相应的大坝运行监测结果对其各自设计与施工特点进行了对比分析,得到了面板脱空现象产生的机理,在此基础上,分析了造成面板脱空的各种影响因素,进一步探讨了分期施工对于面板脱空影响的基本规律。然后系统论述了目前工程界应用较广的几种常用于面板坝有限元分析的计算模型,从中选择适宜的模型作为本文后续研究的基础,进而通过深入学习研究得到了面板脱空仿真模拟的方法。在此基础上,结合ABAQUS软件自身特点,实现了各分析模型在软件中的应用,提出将直接约束算法与Goodman无厚度单元的非线性弹性摩擦模型结合起来的接触分析方法。最后以天生桥一级面板堆石坝工程为例,通过全局模型和子模型的三维有限元计算,深入对比分析了分期坝体与面板顶部不同高差和面板不同分期两个因素对于面板脱空的影响规律,揭示了面板脱空现象的发生发展过程。结果表明,将分期面板与分期坝体顶部高差设置为15m以上才可能避免面板脱空,而减少面板浇筑次数对于减少面板脱空问题是有利的。另外,本文全面总结类似工程出现面板脱空后的补救办法,分析探讨了合理可行的修补措施。 本文在仿真模拟过程中采用的上述模型和方法,为高面板堆石坝面板脱空问题的深入研究提供了必要的理论基础,得到的分析成果对相关工程具有一定参考价值。