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随着面板堆石坝筑坝技术的发展,面板堆石坝越建越高,坝体填筑方量越来越大,相应的大坝施工工期也越来越长。为加快施工进度,减小围堰等临时工程的投资,目前不少面板堆石坝工程采用或尝试采用堆石坝体临时断面挡水度汛的施工方案,即在施工期当堆石坝体填筑到一定高度形成临时挡水度汛断面后,对临时断面上游坡面进行适当地保护处理,然后借助该临时断面进行挡水度汛。显然,由于临时断面在施工期曾受到水荷载的作用,因此在一定程度上将影响临时断面及大坝最终的稳定和应力变形状态。因此,对于利用临时断面挡水度汛的面板堆石坝,如何合理而准确地进行临时断面及大坝竣工期的坝坡稳定和应力变形分析,对于此类工程设计与施工的研究具有重要意义。
本文首先对施工导流方式及其选择、施工期临时度汛洪水标准的确定、面板堆石坝施工期的度汛方式及临时断面挡水度汛的方案做了详细介绍。并结合工程实例,论述了利用临时断面挡水度汛方案的经济性。然后,基于渗流分析的基本理论,对渗流分析的有限元法及实施步骤进行了论述。由于渗流场与温度场计算原理的相似性,使得面板堆石坝渗流计算可以在通用有限元软件ADINA-T模块中实现。并以某面板堆石坝为例,进行了大坝渗流的模拟计算。通过对刚体极限平衡法的介绍,为SLOPE/W软件计算坝坡稳定性提供了理论基础。对比分析了面板堆石坝应力变形分析中堆石体的本构模型,探讨了计算中存在的问题和需要考虑的因素,对面板堆石坝的填筑及挡水度汛过程进行了模拟分析。最后,结合洪家渡面板堆石坝,利用在ADINA-T中计算得到的大坝临时断面挡水度汛期及大坝蓄水期的渗流分析结果,通过SLOPE/W软件对不同工况下的坝坡稳定性进行分析计算,获得坝坡抗滑稳定安全系数,从而分析不同工况下的坝坡稳定性状况。基于非线性邓肯E-B本构模型,在ADINA中应用单元生死功能、时间步、时间函数、空间函数的联合设置模拟面板堆石坝的实际施工填筑过程及其临时断面的挡水度汛过程,获得了面板堆石坝在施工期是否利用临时断面挡水度汛两种工况下的应力变形分布和变化规律。
本文所建立或提出的上述模型及方法,为临时断面挡水度汛的面板堆石坝的渗流、坝坡稳定及应力变形的研究奠定了必要的理论基础,所获得的分析计算成果对类似工程也具有重要的参考和应用价值。