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1、沙牌RCC拱坝坝肩稳定三维地质模型试验研究水电站设计DHPS第19卷第4期2003年12月沙牌RCC拱坝坝肩稳定三维地质模型试验研究张立勇,张林,李朝国,高志辉(四川大学水电学院,四川成都610065)摘要:通过三维地质力学模型试验,研究了沙牌RCC拱坝坝体和坝肩的变形规律,破坏机理,综合评价了坝肩的超载安全度,为工程设计提供依据.关键词:碾压砼拱坝;坝肩稳定;地质力学模型;超载安全度;沙牌拱坝中图法分类号:TV321文献标识码:B文章编号:1003—9805(2003)04一OO2O一041工程特性沙牌碾压混凝土(RCC)拱坝为三心圆单曲拱
2、坝,最大坝高130m,底宽28m,顶宽9.5m,厚高比0.238,最大中心角92.4..坝址区河谷地形在平面上呈葫芦形,两岸地形陡峻,左坝肩下游侧有一高约40余米的陡崖,右坝肩下游侧由于河流流向由NE向拐弯成sE向,因此形成一个三面临空的山脊.总体而言,两坝肩都显单薄.在立面上河谷深切呈"V"形状,两岸大致对称,宽高比约为1.70,适宜修建拱坝.坝区地质条件较好,从平面岩性分布看,左岸分三区,右岸分四区.由各区岩性综合分析得出,以工区花岗闪长岩的岩性最好,两坝肩主要支承在该区上,详见图1.由图可知,在I,Ⅱ区交界面上分布证坝肩,坝基失稳的破坏
3、过程,破坏形态及破坏机理,确定其稳定安全度,藉以评价工程的安全性,为设计提供依据.图11850m高程平切图及坝区地质分布图2模型设计有承受变形能力较差,遇水有软化现象的sc片岩带,但不存在大规模控制边坡整体稳定性的贯穿性2.1几何比尺选择及模拟范围确定软弱结构面.对两坝肩及抗力体而言,主要受34根据试验内容及要求,坝区的地形,地质构造特组不同产状的节理控制,这是稳定分析主要考虑的点,模型槽尺寸等因素综合考虑,选取模型比尺问题(见表1).以第①组节理最发育,其它裂隙较=200.确定模型纵向下游边界为以河流流向拐弯为短小闭合,第③组为底滑面.后的
4、河心为界,上游边界以考虑加载设备方便安装本次试验是在八五,,攻关及技施设计阶段工作为限,横向边界每岸均取在顶拱端以外一倍坝高以基础上,采用三维地质力学模型,按超载法进一步验上的范围,故模型模拟的平面范围相当于原型的收稿日期:2003—09—12作者简介:张立勇(1960一),男,浙江宁波人,副教授,研究方向为水工结构.20300m×400m(纵向×横向).模型下游为自由边界.模型基底高程为1644.5m,已超过三分之二坝高的深度,因此所确定的模型范围足以满足破坏试验要求.2.2地质构造模拟及简化对地质构造的模拟,主要考虑在不影响坝肩及抗力体部
5、总体特性的前提下,力求抓住对稳定起控制作用的节理进行模拟,其余予以忽略,这有利于突出主要矛盾.对两坝肩及抗力体稳定起控制作用的节理产状及组数按表l控制,并着重模拟两拱端及其下游岩体的结构特征(包括Sc软弱带的特征模拟).对于坝肩及抗力体内所夹薄层片岩,以各层岩体的综合变模模拟.对节理连通率的模拟,分别采用块体错缝砌筑和用自配高分子材料黏结剂黏结块体接缝面的方法模拟.2.3模型材料及其物理力学特性选择坝与地基岩体均采用高容重,低变模及低强度的地质力学模型材料.其中坝体采用重晶石粉,少量石膏粉及水浇制而成.岩体材料主要由重晶石粉,机油及掺合料等组
6、成,按各类岩层力学参数要求,以不同配合比拌制混合料,再压块成型备用.根据委托方提供的设计采用的力学参数,结合力学模型试验相似律将其力学参数换算为模型要求的相应力学参数(详见表2).表2中抗剪强度以r/r:C2满足相似要求进行模拟,即以岩体的.厂与C的综合效应满足相似条件进行模拟.2.4荷载模拟及量测方法荷载组合考虑自重+水荷载+淤沙荷载.原型岩体和坝体自重由模型材料本身的自重来实现,即模型材料的重度与原型一致.上游水平荷载只加正常水荷载和淤沙荷载,按照上游水,沙荷载分布形式进行分层分块.选用l3只油压千斤顶加荷,并按三角形超载方式(淤沙不超载
7、)在正常荷载情况下按一定倍数逐级增加水压力直到模型破坏.为了获得坝体,坝肩不同部位的变形特性,一是在两岸岸坡至坝顶高程范围每隔20m高程沿等高线布置30个位移测点;二是在坝体下游面三个典型高程上布置7个位移测点,在左,右顶拱端布置2个切向位移测点.位移主要采用SP-10A电感式数显位移计量测,次要部位辅以少数千分表量测.观测分析超载系数与应变间的变化关系,有利于从应变变化的角度来判断适宜的超载安全系数,比单纯从变位角度判断更为全面,因此在下游坝面典型高程共布置37组应变花,应变量测采用u一前述模拟范围所包含的岩层及节理裂隙面,按地质CAM-8
8、BL数字应变量测系统监测.表2原型,模型岩体力学参数3试验成果分析3.1坝体位移分布及其变化特征坝体拱向和拱冠梁向变位分布总的规律符合常规,即拱冠变位大于拱端变位,
