碾压混凝土拱坝沿层面破坏机理研究论文

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1、碾压混凝土拱坝沿层面破坏机理研究论文.freel，根据施工情况，对层缝的处理方式及缝的结合质量有所不同。所谓“热缝”，间隔时间短，在初凝之前则直接覆盖混凝土，碾压层面呈骨料嵌入状态，通过钻孔取芯样看出，骨料相互嵌入，“热缝”基本上看不出缝，可近似看作为均质体。施工缝及冷缝，间隔时间超过了终凝时间，或者超过了加垫层拌合物铺筑允许的时间，虽然表面进行了刷毛，冲毛，并清洗干净后铺水泥粉煤灰砂浆等措施，但没有骨料相互嵌入，形成一个薄弱环节。至于初凝后，在加垫层铺筑允许时间之前的缝面情况，介于二者之间，一般采用铺筑水泥粉煤灰浆即可连续浇筑，并达到和满足对层间结合的要求

2、，但相对说来，缝的不均匀程度和产生薄弱面的可能性要比“热缝”要大。对于热缝和在加垫层铺筑允许时间之内形成的缝，大量的层面易产生隐状的层状结构，影响层面的粘结强度，其原因有以下几个方面：拌合后的混凝土运输平仓过程中，产生骨料分离，骨料颗粒铺在层面上，粘结较差；碾压混凝土在碾压过程中形成孔隙和多余的水分排出困难，使层面形成薄弱环节；下层混凝土表面的干湿状态不符合施工要求，碾压混凝土的稠度VC值过大或过小；卸料集中，铺料厚度过大，振动压实能量不足，密实度小于要求值，这些因素都将引起层面薄弱环节。当VC值适中，层面在初凝前便覆盖，碾压使上层骨料嵌入到下层混凝土之中，

3、形成咬合，看不出层面。研究工作制作32块试块(150mm×150mm×150mm)，分两组进行劈裂抗拉试验，第一组顺试块1/2水平面劈拉，第二组垂直水平面劈拉，第一组抗拉强度比第二组低10%～12%，但也有少数试件仅低于5%～6%。第二组则代表碾压混凝土本体性能。使碾压混凝土产生了各向异性状态。2层面模拟冷缝及在加垫层铺筑允许时间内部份的缝面由于层面没有骨料相互嵌入，抗拉强度和抗剪强度都低于碾压混凝土本体，按抗拉强度约低20%计。对沙牌拱坝进行模拟计算，根据施工具体情况取每10m为一层。ANSYS程序规模庞大，节点单元均可超过2万，方可模拟层面状态。超载计算

4、只计入自重和水压力，不计温度荷载。设计水压力作用下径向位移δr的分布特征，由于坝轴线左右岸不对称，坝体径向位移分布不对称，右半拱位移大于左侧拱。最大径向位移32.08mm位于坝顶拱冠上游偏右岸，大约距拱冠10～15m处。图2表示出坝体上游径向位移分布(括号内为第一模型试验值)。当自重不变加到2.82倍设计水压力时，拱坝失去承载能力。除周边裂缝贯穿坝体上下游外，主要裂缝位于坝体中部的水平层面。图3给出拱坝破坏前上下游面的主要裂缝(破坏后的裂缝无法给出，因为拱坝不能承载时，程序不能给出收敛解)。从图可以看出，破坏前，层面在下游面全部拉开，拱坝底部1760.0～1

5、770.0m高程之间的层面裂缝几乎上下游贯通，1770.0m高程以上的层面在靠近拱端处上下游贯通，未达到拱冠，右拱端开裂严重。当水压力超载倍数为1.5时，1760.0～1800.0m高程之间的层面裂缝主要位于拱端，1800.0m高程以上除拱端外，下游拱冠处也有局部开裂。当水压力超载倍数为2.8时，层面裂缝由下游向上游、由拱端向拱冠扩展，直到完全不能承载。(a)1.5倍设计水压力(b)2.8倍设计水压力图3碾压混凝土层面开展情况(阴影部分代表开裂)3超载试验及破坏特征沙牌拱坝最大坝高132m，其中拱坝高117.5m，弧高比2.13，厚高比0.238，最大半径R

6、＝224.75m，采用三心圆拱，材料二级配C20，三级配C20。模型比尺1∶80，顶厚0.12m，底厚0.35m，弧长3.13m，模拟每层厚0.10m，间隔4h。1998年9月4日浇筑第一个模型，2000年6月3日浇筑第二个模型。采用扁千斤顶加水压荷载，自重荷载简化后加到坝顶。3.1第一个模型2.0倍设计水压力下的应力分布和径向位移。拱向压应力σy：上游最大拱向压应力σy=-12.01MPa，向两岸逐渐减小，全部受压，右侧压应力大于左侧。下游拱向应力全部受压，两端压应力最大，σy=-18.82MPa，受横缝的影响中部应力呈马鞍型。梁向应力σz::上游面以受压

7、为主，最大压应力σz:＝-6.83MPa，下游梁向应力以受拉为主，最大拉应力σz:＝5.54MPa(实际应变值为212με)。径向位移以拱冠为最大，δr=88.8mm，向两岸逐渐减小，从坝顶向坝底减小，两条横缝处最大径向错动12mm。3.2第二个模型(1)2.0倍设计水压力下的应力分布和径向位移。拱向应力σy:上游最大拱向应力σy=-10.87MPa，向两岸逐渐减小，全部受压。下游拱向应力几乎全部受压，两端压应力最大，σy=-12.66MPa，中部因受横缝的影响应力呈马鞍型。梁向应力σz::上游面坝踵以受拉为主，最大拉应力σz=3.56MPa(实际ε＝137

8、με)，最大压应力σz=-3.17MPa；下游梁向应