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《窄陡河谷面板堆石坝坝肩摩擦接触问题研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期文章编号：0559-9350(2005)07-0793-06窄陡河谷面板堆石坝坝肩摩擦接触问题研究宋文晶,高莲士(清华大学水利水电工程系,北京100084)摘要：本文提出陡坡峡谷地区面板堆石坝坝肩摩擦接触模型。它采用可以沿接触面滑动的支座来模拟堆石与岸坡的接触,并假定与岸坡接触的堆石结点在岸坡的法线方向固定,而在沿岸坡的切线方向可以滑移。其接触面采用刚塑性模型,当剪应力小于等于剪切破坏强度时结点固定,而当剪应力大于剪切强度时,结点在切线方向可以滑移,并受到超值摩擦力的作用。由于堆
2、石坝的变形在建成后若干年停止,因此对岸坡与堆石体之间的接触摩擦角采用衰减模式。文中用该模型对典型面板坝进行了变形分析,并对周边缝破坏的现象做出解释,表明所提模型合理可行。关键词：面板堆石坝；狭谷陡坡；坝肩摩擦接触；接触强度衰减中图分类号：TV641.4文献标识码：A1问题的提出国内外一批100～150m的高面板坝工程的成功实践表明,在适当条件下,通过精心设计施工,坝体变形可以得到满意的控制,使面板避免结构性裂缝。但随着坝址地形地质条件的复杂,特别是坝高逐渐发展到200m级,从而使坝体变形出现一些新问题,例如高面板坝因分期施工可能导致的坝体
3、差异变形,软岩筑坝的[1]材料控制等。这些问题通过筑坝实践和科学研究已经取得一些新的共识,积累了新的经验。然而在狭谷地[2]区修建高面板堆石坝,还有一些特殊的变形问题。例如哥伦比亚的格里拉斯(Golillas)面板坝、罗马尼亚的里苏(Lesu)面板坝等工程实践表明,在狭谷地区,无论施工期或运行期,堆石体都可能沿岩石岸坡发生滑[3,4]移,从而导致面板或止水破坏。这种现象曾有报道,但并没有引起重视。在堆石坝的三维有限元计算中,对岸坡处堆石的结点通常都是按固支处理,未考虑岸坡处堆石体可能产生的滑移,在工程设计上也缺乏针对性的措施。本文通过工程
4、实例分析,讨论堆石体与岸坡的接触条件,提出一种坝肩摩擦接触模型,然后用这种模型对处于峡谷的格里拉斯面板坝进行模拟分析。格里拉斯混凝土面板堆石坝高125m,建在狭窄河谷且两岸陡立,岸坡近于垂直,坝的长高比仅为0.86。筑坝材料采用压缩性较小的砾石。坝体填筑始于1976年10月,至1978年6月完工,但由于主干隧洞施工期较长,直到大坝竣工四年以后(即1982年6月)水库才第一次蓄水。图1给出了该坝竣工时(1978年6月)及蓄水前(1982年6月)的两次沉降观测结果。收稿日期：2004-10-21作者简介：宋文晶(1974-),女,山东蒙阴人,
5、博士,助理研究员,主要研究方向为堆石坝数值模拟及反馈分析。E-mail:songwj@mail.tsinghua.edu.cn1水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期[2]图1格里拉斯面板坝的实测沉降图1显示,虽历经四年,坝体前后两次的沉降值几乎相同,实测最大沉降始终在39cm左右,纵断面上靠近[2]坝头的沉降量与河谷中心的沉降量很接近。然而水库蓄水后渗漏量却很大,蓄水升至2/3坝高时,就因渗漏过大而停止蓄水。渗漏随着库水位升降而增减,说明防渗体系发生破损,经放空水库检查,发现右坝头周边缝的PVC止水沿中心管发生剪切
6、破坏,分析是由于该部位的面板发生不均匀沉降使得面板边缘刺破密封止[2]水所致。由于缺乏详细的资料,作者很难作全面分析,但根据上述资料,仍可以得出一些认识：(1)坝体竣工4年后沉降量基本不变且数值较小,这首先与筑坝材料采用压缩性较小的砾石有关,同时也表明筑坝材料本身的流变可以忽略；(2)竣工期坝头附近与河谷中心的沉降量几乎相同,表明在施工期坝体与岩石岸坡之间即存在滑移；(3)竣工后4年间坝体沉降量几乎没有变化,文献中亦未报道蓄水前坝面结构有何异常,表明这一时期岸坡处的接触状态基本上是稳定的；(4)根据以上3点分析,可以认为水库蓄水后导致面板
7、发生不均匀沉降和局部止水发生破坏可能有两方面原因：一是岸坡处发生接触渗透破坏,但文献中并无相关报道；另外,处于窄陡河谷地区的面板坝,水库蓄水后,改变了岸坡与堆石体的接触条件,从而因接触强度衰减导致接触流变,这种坝体竣工后的接触流变可能是导致该坝产生新的不均匀变形的一个重要原因。2坝肩摩擦接触模型堆石坝工程的堆石体与坝肩岸坡之间实际上是一种摩擦接触关系。当岸坡倾角较缓时,坝体堆石在自重作用下,应力和变形的增量方向与岸坡斜面的法线方向接近,这时荷载的法向分量总是显著大于切向分量,即使日后承受水荷载作用或接触摩擦强度有一定衰减,堆石与岸坡的摩擦
8、接触状况一般也不会发生改变,接触面不致出现滑移。对于这种情况,在有限元计算中将岸坡处的堆石结点当作固定处理是合理的,以往建成的大多数面板堆石坝正是处于这种地形情况,比如阿里亚(Areia)面板
