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1、复杂地质条件下混凝土面板堆石坝力学特性规律统计及数值模复杂地质条件下混凝土面板堆石坝力学特性规律统计及数值模 拟拟 由于具有造价低,对地质条件适应性强,并可充分利用当地材料等优点,混凝 土面板堆石坝已经成为最具竞争力的一种坝型。 当前混凝土面板堆石坝的建设常 面临狭窄河谷、严寒、高震以及深厚覆盖层地基等复杂地质条件的挑战。其中深 厚覆盖层是一种典型的复杂地质条件,广泛分布于我国西南地区河流中。坝体的 变形控制是面板堆石坝建设最重要的一项考虑因素。 面板的结构性开裂和挤压破坏、 接缝的张拉变形以及大坝的安全稳定均与坝 体变形特性具有密切联系。如何有效合理评价和控制面板堆石坝变形,是决定面 板堆石
2、坝进一步发展最为关键的因素。本文采用统计分析方法、多元非线性回归 分析以及数值计算等手段,对复杂地质条件下混凝土面板堆石坝及其防渗墙的应 力变形特性开展了系统研究。 主要研究内容如下:(1)从统计的角度研究了面板堆 石坝应力变形及渗漏特性,并揭示其统计规律,定量化研究了面板堆石坝变形特 性与其影响因素的相关关系。 基于已有大量文献资料,收集了过去 50 年已建的 87 个面板堆石坝变形特性 和详细建设信息。对坝顶沉降、坝体内部沉降、面板挠度以及大坝长期渗漏量进 行了深入规律统计分析,获得面板堆石坝力学特性的统计规律以及估计大坝变形 和渗漏特性的经验关系。 从经验的角度定量化研究了大坝变形特性与
3、其影响因素 的相关关系,并确定了面板堆石坝变形特性的主要影响因素。 (2)基于多元非线性 回归分析方法,建立了面板堆石坝 3 个变形特性(包括坝顶沉降、坝内沉降、 面板 挠度)与其 6 个控制变量(包括坝高、孔隙率、地基条件、堆石强度、河谷形状、 运行测量时间)之间的经验预测模型,并深入评价了每个控制变量的相对重要性。 将获得的经验模型与已有经验方法进行了比较,以验证模型的准确性。(3) 建立了考虑堆石和地基流变及水力耦合效应的面板堆石坝参数反演分析模型,揭 示了覆盖层地基对面板堆石坝应力变形特性的影响机制。 基于数值计算和实测资 料,深入研究了覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性及其主要影响因素
4、。对覆盖 层上面板堆石坝和基岩上面板堆石坝力学特性的差异进行了深入对比分析。 (4)从统计的角度研究了面板堆石坝地基混凝土防渗墙应力变形及损伤开裂 特性,揭示了地基混凝土防渗墙受力机理以及力学特性统计规律。收集了过去 50 年 43 个地基混凝土防渗墙工程实例的建设信息和监测记录。对覆盖层上面板堆 石坝防渗墙的水平位移、顶部沉降、 开裂特性以及应力结果进行了详细的规律统 计分析。基于统计分析,揭示了不同位置防渗墙(上游防渗墙及中部防渗墙)的受 力机理以及力学特性差异,并深入分析了力学特性的主要影响因素。 (5)建立了考虑防渗墙与相邻土体接触效应以及地基水力耦合效应的混凝土 防渗墙塑性损伤分析模型。基于数值计算和实测结果,系统研究了覆盖层上面板 堆石坝防渗墙的受力机理、应力变形特性以及损伤特性,并与心墙坝防渗墙的力 学特性进行对比分析。基于数值计算,分析了防渗墙材料特性、地基水力耦合效 应以及地基变形特性对防渗墙应力变形特性的影响。