软岩料填筑混凝土面板堆石坝的应力变形与稳定分析

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1、1绪论1．1混凝土面板堆石坝筑坝技术的发展现状及发展趋势混凝土面板堆石坝是以堆石体为支撑结构，并在其上游设置混凝土面板作为防渗结构的一种堆石坝。随着筑坝经验的积累和大型施工机械的应用，这种坝的设计、施工技术以及坝的结构型式的发展大致经历了3个阶段u。51：(1)自19世纪中叶至1940年前后为初期阶段。堆石的施工主要以抛填为主，辅以高压水枪冲实。堆石体的密实度差，沉降和水平位移量都较大，施工期的沉降量可达坝高的5％，竣工后沉降量仍有坝高1％'---'2％。这时期采用的钢筋混凝土面板，由于堆石体过大的变形导致较严重的

2、裂缝和渗漏，一些坝多年不能正常运用。有的坝采用木面板和钢面板，在适应坝体变形方面虽有所改善，但处于水位变动区的木料易于腐烂，钢板则易于锈蚀，都不能使问题得到较满意地解决。故在比较长的一段时间内，堆石坝的发展处于停滞状态。(2)1940年前后至1965年为过渡阶段。由于土力学、土工试验技术以及碾压设备的进步，采用土质防渗体的心墙堆石坝和斜墙堆石坝有了比较大的发展。碾压密实的堆石体的变形显著降低，而设计施工良好的土质防渗体则具有较好的适应变形的能力。这一时期200"--'300m级高土石坝的建设促进了高效率重型碾压机具

3、的发展，特别是大型振动碾的出现及其应用于堆石的压实，使堆石的填筑质量大大提高，可容许使用过去认为质量较差的石料填筑坝体，从而在安全和经济方面均使堆石坝的竞争能力得以提高，使堆石坝获得新生。(3)1965年至今是钢筋混凝土面板堆石坝(简称面板坝)的发展阶段。面板坝采用振动碾薄层碾压填筑，堆石体压缩性小，面板的防渗效果得到保证，加上面板结构在设计、施工上的改进，使这种坝具有运行良好、经济效益高等优点，在我国以及许多国家已成为可行性研究中优先考虑的坝型。坝体的高度也由原来的十几米到现在的几百米。例如，墨西哥187m高的阿

4、瓜米尔怕坝；我国已建成的天生桥一级坝，高178m；我国在长江支流清江上修建的水布垭面板堆石坝高达233m。我国是在二十世纪八十年代初期开始从国外引进混凝土面板堆石坝筑坝技术的。虽然起步较晚，但从1985年，我国开始建设第一座混凝土面板堆石坝——湖北西北I：1大坝(坝高95m)至今的二十多年时间内，我国的面板堆石坝筑坝技术取得了长足的发展，无论从建坝数量，还是建坝高度都处于世界前列。面板坝在国内外的迅速发展，有其技术上和经济上的许多优势和特点，概述如下[5-71：(1)结构特点，碾压堆石的密度大，抗剪强度高，坝坡可以

5、做得较陡，不仅节约了坝的填筑量，而且坝底宽较小，输水建筑物和泄水建筑物的长度可相应减小，枢纽布置紧凑，使工程量进一步减小。分层填筑和碾压的施工方法使每层的上半部比下半部的平均粒径小而细粒含量高，表面平整，这不仅有利于施工，而且透水性好，因为通过堆石体的渗流在水平方向比垂直方I’西安理工大学硕士学位论文向更容易排出，使堆石体不会被水饱和。坝体处于干燥状态，地震时不存在孔隙水压力上升和材料强度降低的问题，坝的抗震性能较好。(2)施工特点。根据坝体各部分的受力情况，堆石体可以分区，对各区的石料和压实度可有不同要求，枢纽中

6、修建泄水建筑物时开挖的石料等可以得到充分合理的应用，使造价降低。面板下的垫层和过渡层具有半透水性和反滤作用。施工期在没有面板保护的情况下可以直接挡水或过水，不影响坝的安全，从而简化了施工导流和度汛的工程措施，有利于加快施工进度，降低临时工程的费用。面板坝的堆石体施工受雨季和严寒等气候条件的干扰小，可以比较均衡正常地进行施工。(3)运行和维修特点。碾压堆石体的沉降变形量很小，混凝土面板不易出现裂缝，即使出现一些裂缝和渗漏，也比较容易检查和维修。面板堆石坝作为一种当地材料坝，因其较好的安全性和经济性，而在工程界得到了广

7、泛承认和推广。早期的面板堆石坝对堆石体材料的要求较高，但随着坝体碾压技术的应用，使堆石体密度增加，堆石体性能得以改善，因而对岩石强度的要求逐渐放宽，有些质量较差的软弱岩石和风化岩也可以用作面板坝填筑材料№1。1．2软岩料筑坝与硬岩料筑坝的工程特性差异岩石按照单轴抗压强度与风化度系数，可进行软硬程度和风化程度的分类。根据GB50021—94《岩土工程勘察规范》，以石料的饱和单轴抗压强度小于30MPa作为软岩的界限，国内外混凝土面板堆石坝的实践中，也常以30MPa为期其界限‘91。根据其岩性不同可分为泥质岩、砂岩、泥质

8、灰岩、部分凝灰岩、绿泥石片岩、千枚岩。按风化度系数岩石可分为新鲜(包括微风化)、弱风化、半风化，强风化和全风化。软岩料筑坝与传统硬岩料筑坝有何工程特性差异?从设计方面分析，对于软岩材料的利用上，一定要注意软岩与主堆石的模量差，过大的模量差别将对坝体及面板的应力状态造成不利影响，因此，软岩筑坝要掌握面板坝可分区用料，优化坝体堆石体结构，恰当使用软岩料；从施工方