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目前,世界上许多国家将要或正在修建坝高在300m级的面板堆石坝。例如,菲律宾正在修建234m高的Abula面板堆石坝;巴基斯坦正在修建270m高的Basha面板堆石坝,建成后它们的坝高都将高于中国坝高233m的水布垭面板堆石坝 (已建成的世界最高面板堆石坝)。在世界上还没有300m级面板堆石坝工程建成先例的情况下,也就缺乏相应的工程建设经验和实测数据为300m级面板堆石坝设计提供参照。因此,采用数值分析来预测300m级的面板堆石坝变形应力特性成为一种不可或缺的手段。
在总结100m级面板堆石坝设计、施工经验以及分析 200m左右面板堆石坝建设中遇到的主要技术问题基础上,可以归纳出影响面板堆石坝应力变形的主要因素,包括:坝高、河谷形态、筑坝材料、填筑程序等。虽然国内外对这些因素的影响作用已经有一些研究,但是综合考虑这些因素对300m级超高面板堆石坝工作特性影响的研究成果却很少,因此,开展对300m级超高面板堆石坝的工作性态影响因素、坝体变形特性以及控制技术的研究有着重要的现实意义。
本文简要阐述了面板堆石坝筑坝材料的本构模型以及面板堆石坝三维有限元计算的原理,进行了三维非线性有限元应力应变分析,其主要内容如下:
1)对三维有限元计算方法的主要本构模型,从理论与实践应用方面进行了评述与分析,选用邓肯-张E-B模型进行堆石体的模拟。
2)通过对接触面不同的本构模型和不同的接触面单元进行比较分析,选用在面板与垫层间设置有厚度的接触面单元、在周边缝及面板缝处设连接单元等对面板堆石坝进行应力变形计算。
3)结合某高面板堆石坝工程,利用三维有限元方法进行了静力结构性态分析,得出了合理的结果。
4)根据面板堆石坝三维有限元的计算结果,将不同坝高、河谷形态、筑坝材料、填筑方式对堆石体的应力和位移、面板的应力和变形以及接缝系统的变形影响进行了对比分析。
5)对需要进一步深入研究的问题做了简要地阐述。
从对200m到300m坝高过渡的面板堆石坝工作特性的改变比较,到对300m超高面板堆石坝的工作性态影响因素进行较为全面的概括及分析,总结出一套完整的面板堆石坝的静力结构性态特点。