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混凝土面板堆石坝是目前坝工建设中最富有竞争力和最具有发展前景的坝型之一。随着我国水利水电工程建设的发展和西部大开发战略的实施,建在深覆盖层上的混凝土面板堆石坝工程越来越多,特别是位于我国西南、西北等地区的水利水电工程。为了与日新月异的现代施工技术保持同步,深覆盖层上的面板堆石坝的应力变形研究显得尤为重要。在覆盖层上直接修筑面板堆石坝较之对覆盖层进行开挖后再筑坝,可以节省很大的工程投资,而且可以缩短工期,简化施工导流,在覆盖层上修筑面板堆石坝的技术正日益受到坝工界的关注。故坝体及坝基的沉降变形和面板的较大挠度是本文研究的重点。
本文采用有限元数值计算分析,结合堆石料和深覆盖层地基的本构模型,对深覆盖层上面板堆石坝进行了三维有限元计算模拟。本文首先利用ADINA提供的二次开发功能,进行了DuncanE-B模型的二次开发,通过对其子程序进行严格的数值验证,证明可以应用于混凝土面板堆石坝的计算模拟。其次,利用软件中单元生死、时间和空间函数等方法实现了分级加载来模拟堆石坝的施工和蓄水过程,采用接触单元模拟了面板与垫层之间的接触,主要分析研究了深覆盖层基础上堆石坝的应力变形特性和河谷形状对深覆盖层上堆石坝的应力变形的影响:具有可压缩性的深覆盖层地基在上部坝体的自重作用下将导致坝体的建基面产生一个下凹的变形,而且坝体的最大沉降的位置也明显下移。最后,通过某工程实例对深覆盖层上面板堆石坝竣工期和蓄水期的坝体及坝基的应力变形进行了计算分析,同时对面板的应力变形也进行了计算分析,并通过与实测数据的对比分析,说明对该工程的计算仿真分析是准确的。
本文计算分析所得的深覆盖层上面板堆石坝的坝体及坝基的应力变形结果符合堆石坝的一般规律,而且总结出了深覆盖层上面板堆石坝的应力变形的规律。本文的研究成果对在深覆盖层上的面板堆石坝具有一定的参考价值,对同类工程的数值仿真计算也具有广泛的借鉴意义。