浇筑式沥青混凝土心墙坝心墙性态的有限元分析

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1、第44卷第1期人民长江Vo1．44．NO．12013年1月YangtzeRiverJan．，2013文章编号：1001—4179(2013)01—0082—04浇筑式沥青混凝土心墙坝心墙性态的有限元分析王相峰，唐新军，胡小虎(新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐830052)摘要：采用邓肯一张模型对浇筑式沥青混凝土心墙坝的应力与变形进行有限元计算，得到了浇筑式沥青混凝土心墙的温度和沥青用量对不同坝高情况下心墙工作性态的影响。发现在坝高较低时，心墙温度、沥青用量对心墙工作性态的影响很小；在高

2、坝情况下，心墙温度、沥青用量对心墙位移的影响较小，但对心墙应力极值和应力水平极值的影响则较为明显。另外，通过对不同覆盖层厚度下心墙工作状态的分析，发现当覆盖层厚度较大时，浇筑式沥青混凝土心墙的位移及应力水平极值明显大于碾压式沥青混凝土心墙。关键词：心墙；沥青用量；温度；覆盖层厚度；浇筑式沥青混凝土中图法分类号：TV314文献标志码：A已有的试验研究和工程实践表明，与碾压式沥青青用量与不同温度条件下，浇筑式沥青混凝土的应力混凝土相比，浇筑式沥青混凝土的沥青用量较高，具有应变关系试验曲线，并根据三轴试

3、验得到的邓肯一张较高的密实度、不透水性和耐久性，能适应较大的变模型参数，绘制出邓肯一张模型拟合曲线，见图1、2。形，同时，还具有施工速度快、在寒冷地区可全年施工从图可以看出，在试验条件下，浇筑式沥青混凝土的应的特点。本文结合新疆某浇筑式沥青混凝土心墙力应变曲线呈应力硬化形态，双曲线段范围较大，邓肯坝的建设，分析和探讨沥青用量、心墙温度、坝高、覆盖一张模型拟合曲线与试验曲线总体吻合较好，并随着层厚度等因素对浇筑式沥青混凝土心墙坝心墙工作性沥青用量的增加、温度的升高，邓肯一张模型拟合曲线态的影响，以期

4、为这种坝型的建设提供参考。与试验曲线趋于接近。因此，对于沥青用量较大的浇筑式沥青混凝土，在较低围压情况下，采用邓肯一张模1材料本构模型型进行模拟计算分析是可行的。在沥青混凝土心墙坝非线性计算分析中，国内使用较多的材料本构模型是邓肯一张模型。邓肯一张模型具有参数的物理意义明确、试验参数容易获得、应用经验丰富、成果易于比较等特点，在实际工程中已经得到广泛应用。本文根据新疆某浇筑式沥青混凝土心墙土石坝的设计方案，以天然砂砾石作粗、细骨料、以P．042．5水泥作填料，采用新疆克拉玛依70号(A级)道路石油

5、沥青，按不同沥青用量(9．0％，10．0％，11．0％，12．0％)配制浇筑式沥青混凝土试件，并在不同温度(5℃，10％，15cc)条件下进行三轴试验，得到不同沥图1不同沥青用量的应力应变曲线收稿日期：2012—06—27基金项目：新疆水利水电工程重点学科资助项目(xjzdxk一2009一l0一O5)作者简介：王相峰，男，硕士研究生，主要研究方向为当地材料坝设计理论。E—mail：363998434@qq．eom通讯作者：唐新军，男，教授，博士，主要从事3'-地材料坝设计理论研究工作。E—mail

6、：tangxj59@sina．COnl第1期王相峰，等：浇筑式沥青混凝土心墙坝心墙性态的有限元分析83模拟计算时，坝体分17级填筑，水荷载分4步施加。坝体划分的单元最大尺寸为1m，最小尺寸为0．25m，坝基两侧计算范围取一倍坝高，覆盖层底部采用固定约束，两侧约束水平方向的位移。2．2沥青用量对心墙工作性态的影响分别采用不同沥青用量(7．2％，9％，10％，11％，12％)对不同坝高(52，100，120m)方案进行计算。从计算结果中提取心墙内部的位移极值、大主应力极值图2不同温度的应力应变曲线和应

7、力水平极值，见表4及图3、4。从表4数据可知，随着沥青用量的增大，浇筑式沥青混凝土心墙的竖向2算例分析位移和水平位移虽然有增大的趋势，但增大幅度并不明显。而随坝高的增加，心墙的水平、竖向位移则增大2．1计算模型及材料参数较多，说明对于浇筑式沥青混凝土，沥青用量多少对心为分析坝高、沥青用量、心墙温度等因素对浇筑式墙位移的影响较小。沥青心墙坝心墙工作性态的影响，选取新疆某工程浇表4不同坝高不同沥青用量的心墙位移极值筑式沥青心墙砂砾石坝的坝基、坝体填筑材料等基本资料作为计算依据，设计了最大坝高分别为52

8、，100，120m三个计算方案，坝顶宽5m，上游坝坡坡比1：2．2，下游坝坡坡比1：2．0，心墙直接座在基岩上，而心墙两侧的砂砾石坝体则坐落在厚度为10m的覆盖层上。大坝坝体与围堰相结合，围堰顶宽5m，上游坝坡坡比l：2．0，下游坝坡坡比为1：2．0。坝壳料、过渡料均采用砂砾石填筑。计算所用坝体各部分材料的邓肯一张模型参数均通过三轴试验得到，分别见表1～3。为了与沥青用量较少的碾压式沥青混凝土对比，表3中还列出了碾压式沥青混凝土心墙材料的参数。表1坝壳料、过渡料及坝基砂砾石材料参数