粘土心墙堆石坝及坝基深覆盖层的应力变形分析研究

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1、分类号：密级：UDC：单位代码：10078华北水利水电大学硕士学位论文粘土心墙堆石坝及坝基深覆盖层的应力变形分析研究THESTRESSANDDEFORMATIONANALYSISOFCLAYCOREROCKFILLDAMWITHDAMDEEPOVERBURDEN研究生姓名：王志会指导教师：彭成山教授孙明权教授专业名称：水工结构工程所在院系：水利学院2014年5月万方数据独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃

2、、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：保证人（导师）签名：签字日期：签字日期：学位论文版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水利水电大学可以将学位论文的全部或部

3、分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期:万方数据摘要粘土心墙堆石坝及坝基深覆盖层的应力变形分析研究摘要某水电站粘土心墙堆石坝填筑在厚度达120多米的深厚覆盖层地基上，因此很有必要研究覆盖层对坝体应力变形的影响。同时，施工期和蓄水后垫座及心墙、防渗墙的应力变形有可能影响到大坝的安全和正常运行。为此

4、，本研究对某拦河坝进行非线性二维有限元应力变形计算分析，研究坝基覆盖层、坝体和粘土心墙及混凝土防渗墙在竣工期、蓄水期的应力和变形规律，研究混凝土防渗墙的材料性能要求，为坝体分区、防渗墙及粘土心墙结构设计和材料的选择提供依据和参考。在给定计算参数的前提下，通过有限元应力变形计算分析，得到以下主要成果：（1）在竣工期，坝体及覆盖层发生的最大沉降为105.70cm，占最大坝高（98m）的1.08%；初次蓄水至正常蓄水位后，坝体的最大沉降稍有增加，为111.50cm，占最大坝高的1.14%。堆石坝最大沉降

5、发生的位置为心墙内距坝顶约2/3坝高处。（2）在竣工期，坝体及覆盖层向下游方向的水平位移最大值为25.62cm，正常蓄水位后，在水压力的作用下，坝体堆石向下游移动，水平位移最大值增大为38.68cm，占最大坝高的0.39%。（3）竣工期坝体心墙处应力拱效应明显，心墙区域内大主应力比坝壳堆石的应力明显降低，蓄水后这种拱效应减弱。在混凝土垫座处，以及混凝土防渗墙底部，坝体及覆盖层的应力分布出现了应力集中现象，同时处于混凝土垫座下面的局部土体单元，应力极小。（4）竣工期坝体及覆盖层的应力水平总体不大，低

6、于0.65；但在上游围堰顶部及坡面的局部单元应力水平达到了0.85左右。蓄水后，上游堆石及上游围堰的小主应力急剧减小，从而导致上游坝壳及上游围堰的应力水平显著增加；心墙及下游堆石的应力水平明显减小。应该指出，上游坝壳及围堰内的这种较大应力水平并不会导致上游坝壳的失稳。（5）粘土心墙在竣工时，单元应力水平不高，最大值为0.82；蓄水后，受水荷载影响，心墙内小主应力明显增加，从而导致心墙内的应力水平比竣工期明显降低，蓄水后心墙内的应力水平最大值降为0.56。不论是竣工期，还是蓄水期，心墙内的应力水平均

7、小于1.0，说明发生剪切破坏的可能性不大；同时心墙内没有出现拉应力，说明出现拉裂缝的几率很小。（6）粘土心墙在竖直向应变为压缩，最大应变为4.33%；在水平向应变上出现了膨胀，最大值为-2.86%。I万方数据华北水利水电大学硕士学位论文（7）混凝土垫座不论是在竣工期还是在蓄水期，大主应力均为压应力，最大值为10.85Mpa；小主应力在竣工期出现拉应力，最小值为-0.86Mpa。应该指出的是，在有限元计算中，是将垫座与混凝土防渗墙视为刚性连接的；施工中，垫座与防渗墙的柔性连接，可以改善垫座表面出现的

8、拉应力。（8）混凝土防渗墙的大主应力为压应力，最大值为25.28MPa，位于防渗墙的底部；从计算结果来看，防渗墙内的小主应力没有出现拉应力。（9）库水提升情况下，与初次蓄水至正常蓄水位时相比，坝体的应力变形分布特征差异较小。基本上可以认为，由正常蓄水位到校核洪水位的库水升降对坝体应力变形的影响不大。关键词：粘土心墙；有限元；应力变形分析Ⅱ万方数据ABSTRACTTHESTRESSANDDEFORMATIONANALYSISOFCLAYCOREROCKFILLDAMWITHDAMDE