沙牌高碾压混凝土拱坝的超载与开裂特性.pdf

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1、第23卷第4期红水河Vol.23，No.4沙牌高碾压混凝土拱坝的超载与开裂特性梁照江，何江达，许有飞，王开云，李莉（四川大学水电学院，四川成都610065）摘要：沙牌拱坝是已建的世界级高碾压混凝土拱坝，该文结合地形地质条件、体形及结构分缝型式，采用非线性有限元法研究了沙牌拱坝坝体的超载与开裂特性，为坝体结构设计和安全运行提供依据。关键词：碾压混凝土拱坝；超载；开裂特性；非线性有限元；沙牌水电站中图分类号：TV313；TV642.4文献标识码：A文章编号：1001-408X（2004）04-0024-05多米。大坝采用全断面通仓碾压方法施工，坝体上!工程概况升

2、速度快，混凝土散热条件差，施工期与完建蓄水初沙牌水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶期坝体温度问题突出，这就要求坝体设置合理的温川县草坡河上。水库正常蓄水位1866.0m，总库度释放缝，以改善坝体的应力，限制温度裂缝的发展容0.18亿m3，电站总装机36MW，年发电量1.79范围。设计上提出了两种分缝方案：即二条横缝+亿kW·h。沙牌枢纽工程主要由碾压混凝土拱坝、二条诱导缝方案和四条诱导缝方案，并作为“九五”泄洪隧洞、引水发电隧洞及水电站等建筑物组成。攻关项目进行了深入研究。计算分析和模型试验表碾压混凝土拱坝的体形为三心圆单曲拱坝，最大坝明，二横缝+二诱导缝

3、方案比四条诱导缝方案优。高132.0m，坝顶厚9.5m，坝底厚28.0m，下设长坝体平面及分缝布置见图2。44.0m、高14.5m的混凝土垫座，上游坝面下部倒悬度0.12，下游坝面为折线。其弧高比2.13，厚高比0.238，最大中心角92.48，坝体混凝土总量约39.3万m3。坝体典型剖面见图1。图"拱坝分缝平面布置图"计算模型的建立".!计算范围及结构离散整体模型计算范围横河向以拱坝中心线为界，图!坝体剖面图计算域左右坝肩范围约1.6!1.7倍坝高，坝轴线上游侧2／3倍坝高，下游侧2.0倍坝高。铅直向底部沙牌拱坝是目前世界上最高的碾压混凝土拱取至1600.

4、0m高程，顶部延伸至地表，绝对高程坝，其坝体不完全对称，右半拱比左半拱弧长长301600.0!1960.0m，相对高差360.0m，其中坝体收稿日期：2004-04-16基金项目：“九五”国家重点科技攻关项目（96-220-02-01-03）作者简介：梁照江（1974-），男（土家族），重庆酉阳人，硕士研究生，助理工程师，主要从事岩石力学与工程研究。24梁照江，何江达，许有飞，等：沙牌高碾压混凝土拱坝的超载与开裂特性建基面高程以下基岩的厚度135.0m，约1.0倍坝沙牌拱坝RCC混凝土弹性模量18.0>103高。Mpa，容重24.80kN／m3，抗压强度24

5、.0Mpa，抗拉计算范围涉及花岗岩、千枚岩、软弱构造带Sc强度2.0Mpa，抗剪断强度指标f/=1.25，C/=等岩性，离散中坝体混凝土及坝肩（基）岩体采用空1.25Mpa（f=0.85，C=0.0），RCC混凝土膨胀间8节点六面体或四面体实体单元，坝体诱导缝采系数9.0>10-6／C，极限拉伸值0.9>10-4。用超级子结构单元，坝体横缝采用8节点夹层单元左右坝肩（基）岩体物理力学参数计算选用值见模拟。表1。2.2计算参数表l沙牌RCC拱坝坝肩（基）岩体物理力学参数表抗剪断强度指标抗剪强度指标容重变模序号岩体分类岩性及代号3泊松比C/CkN／mGpaf/f

6、MpaMpa41Ir0227.5011.00.231.151.00.750.042H-1r0227.509.00.250.950.850.60.043H-2Sc+r0227.506.00.270.850.60.550.044V-1r0227.504.50.300.650.350.500.045V-2S4+r0227.504.00.310.550.200.400.06V-3F1断层26.003.00.320.550.150.450.07V-4Smax426.003.50.330.500.150.400.0强风化8X25.000.40.350.350.020.3

7、50.0及断层带2.3坝体与诱导缝开裂及剪切屈服条件2K=3C/／9+12tg/RCC拱坝结构开裂条件宏观强度准则：弹塑性本构阵为：iifct（i=1，2，3）Dep=D-（1-i）Dp式中ii———实体单元高斯点主应力；｛eF｝｛eF｝T／（A+｛eF｝T）D｛eF｝）Dp=DDeeeefct———三维应力条件下RCC材料抗拉强度。1弹性区单元或卸载单元由于RCC拱坝结构一般处于三向复杂应力状0塑性区i=态，分析中可能呈现单向、双向及三向开裂情况，近加载前F0，加载后F/0-F似认为开裂后材料变形模量仅在开裂方向减小至弹F/-F即过渡区单元性状态的倍，则开

8、裂后主应变空间本构阵：i诱导缝可能处于受拉区，也可能