拓扑优化理论与其在面板堆石坝优化设计中的应用

《拓扑优化理论与其在面板堆石坝优化设计中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章概论1．1混凝土面板堆石坝的发展混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承结构，以上游表面设置的混凝土面板为防渗结构的一种堆石坝。由于这种坝型较传统土石坝坝型具有安全性好、就地取材、工程量小、施工方便、工期短、造价低等优点，在世界范围内得到了广泛应用。目前，一批坝高200m级的混凝土面板堆石坝已经兴建。随着混凝土面板堆石坝设计与施工技术的不断完善，混凝土面板堆石坝已经成为国际上许多水利工程的首选坝型。我国自上世纪八十年代中期引进混凝土面板堆石坝后，短短十几年已经建坝几十座，尚有一大批混凝土面板堆石坝处于规划设计之中。1

2、．1．1混凝土面板堆石坝的发展自开始建筑堆石坝以来，随着经验的累积，新型施工机械的制成和投入使用，堆石坝的设计和施工技术以及坝的结构形式，都得到不断的进步。其发展过程可大概分为三个阶段【k2】，即19世纪到1940年为抛填堆石阶段；自1940年到1965年为抛填堆石向碾压堆石的过渡阶段；1965年以后为碾压堆石现代阶段。1、初期阶段(1850年～1940年)18世纪中叶，美国加利福尼亚的一些金矿区，开始建筑堆石坝。1920～1940年间，．建成了许多30m以上的面板堆石坝，而且坝越来越高。如1925年建成的迪克斯阿

3、坝，高84m；1931年建成的盐泉坝，高100m等；另外，在墨西哥、智利、法国、日本也建了几座混凝土面板堆石坝。当时堆石体施工是将大块石由高栈桥向下抛投并用水枪冲射使之密实，沉降和水平位移量较大，一般达坝高的1％～2％左右[1】。有几座坝因过大的沉陷使面板开裂，从而产生渗漏，影响水库正常蓄水。2、过渡阶段(1940年～1965年)由于抛填堆石坝的变形量大，导致混凝土面板开裂和大量渗漏，使坝工界对混凝土面板堆石坝的可靠性产生了怀疑。。因此在上世纪40～50年代有一个停滞时期，没有更多扩大普及。随着土力学、土工试验技术

4、与土壤碾压设备的发展，利用土料作为防渗体的堆石坝得到了迅速的发展。由于有反滤层的土质心墙的柔性能较好适应抛填堆石的较大变形，而保证其防渗性能。这方面的研究已取得了极为可贵的成果，使土石坝的数量增多了。后来在高坝建设中土石坝所占的比例，由原来的30％增加到60％以上。1960年奥地利成功地建成了当时最高的心墙堆石坝一郭兴能坝，坝高达155m，采用抛填堆石，高压水冲实，用运料汽车和推土机压实，该坝的运行良好。1960年以后，随着各国经济的发展，要求修建高坝大库。而工业的发展，又为土石方工程施工提供了效率更高的重型机械设

5、备，降低了运输和填筑堆石的费用。尤其是重型振动碾压机械的出现，使得堆石填筑质量进一步提高，又允许使用过去被认为质量2拓扑优化理论及其在面板堆石坝优化设计中的应用较差的石料填筑坝体，从而在安全和经济等方面均使土石坝的竞争力得以提高，碾压堆石心墙坝最先得以发展。3、现代阶段(1965年以后)现阶段的堆石坝均以碾压堆石为主要结构，碾压堆石层一般不超过2m，用重型振动碾压实。采用薄层碾压的新工艺，使堆石体的密实度有了很大程度的提高，坝的沉陷量大幅度降低，由以往坝高的1％～2％降至0．1％～O．2％左右，使混凝土面板的工作状

6、况大为改善，面板不再容易出现导致渗漏的裂缝，使得停建了约20年的混凝土面板堆石坝重新获得了生命力，日益成为常用的坝型，并向更高的坝发展。混凝土面板堆石坝几经改进，设计和施工方法日趋成熟，运行性状良好，使其在不断创新、不断改进的基础上大踏步前进，在世界范围内得到了广泛的应用。马来西亚的巴昆坝，坝高205m，已在1996年开工建设。此外，工程规模也大有发展，如巴西的3座坝，水库库容达30～58亿m3，装机容量达1260．5000MW，泄洪量达1looO～33000m3／s；阿里亚坝的体积达1400万m3；辛戈坝的导流流

7、量达10500m3／s。、1．1．2我国混凝土面板堆石坝的发展我国最早的混凝土面板堆石坝是于1966年建成的贵洲猫跳河二级百花水电站混凝土面板堆石坝，坝高48．7m，为抛填式混凝土面板堆石坝。现代混凝土面板堆石坝的应用在我国起步较晚，始于80年代中期。我国以现代技术修建碾压式混凝土面板堆石坝，最早开工建设的是湖北西北口水库大坝，坝高95m；最早建成的是辽宁关门山水库大坝，坝高58．5m。以及新疆柯柯亚坝，坝高41．5m。到目前，我国已建成的混凝土面板堆石坝已有30余座，在建的有40多座，拟建和规划中的有数十座。混凝

8、土面板堆石坝在我国得到了较快的发展，已成为世界上修建混凝土面板堆石坝最多的国家之一【2，3】，工程规模也可与国外相比拟。随着关门山、西北口等首批混凝土面板堆石坝的建成及天生桥一级、东津、万安溪等第二批混凝土面板堆石坝的兴建，在引进、消化、吸收国外先进经验的基础上，混凝土面板堆石坝在我国得到了较快的发展并积累了一定的经验。混凝土面板堆石坝工程实践中，专业技术人