何周

【摘 要】高心墻堆石壩的流變變形不可忽略，采用有限元法分析了流變對大壩變形的影響，結(jié)果表明：流變引起的變形增量在填筑與蓄水期為由上下游兩側(cè)向心墻方向擠壓，而在運行期則為由心墻向上下游兩側(cè)擠壓；與不考慮流變相比，考慮流變變形后蓄水期壩體最大沉降增加約23%，而運行期的流變變形較小，運行10年后壩體最大沉降相對于蓄水期僅增大約1.5%。

【關(guān)鍵詞】堆石壩；流變；有限元

0 引言

由于具有良好的基礎(chǔ)適應(yīng)性、能就地取材和充分利用建筑物開挖料、造價較低及抗震性能好等優(yōu)點，堆石壩是一種極具競爭力的壩型。實際工程的運行表明：大壩建成后的長期運行過程中堆石體仍有較大的流變變形，可能使防滲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，危及大壩安全。國內(nèi)眾多學(xué)者對堆石體流變特性、流變模型和流變變形數(shù)值模擬開展了研究[1-5]。本文采用有限元數(shù)值模擬，對流變對高心墻堆石壩變形的影響進(jìn)行了研究。

1 流變對高心墻堆石壩變形影響的有限元分析

1.1 流變模型

1.2 結(jié)構(gòu)離散及模擬方法

在進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分時，實體單元采用8結(jié)點六面體等參單元，為適應(yīng)邊界條件以及壩料分區(qū)的變化，部分采用三棱體和四面體作為退化的六面體單元處理，共剖分實體單元9351個，結(jié)點9813個。計算時采用逐級加載的方法模擬壩體施工工序，水庫蓄水過程通過水荷載分級施加進(jìn)行模擬，共分為53級進(jìn)行模擬。

1.3 有限元計算結(jié)果分析

1.3.1 不考慮流變的壩體應(yīng)力變形性態(tài)

正常蓄水位下的壩體最大沉降為153.1cm，位于心墻軸線附近1/2.5壩高處，指向下游的最大變形為33.1cm，指向上游的變形為22.1cm。壩體大、小主應(yīng)力最大值分別為2.7MPa、1.0MPa，位于下游反濾層底部，由于蓄水后，上游壩殼及心墻上游的主應(yīng)力尤其是小主應(yīng)力較之下游下降較為明顯，因而上游壩殼中應(yīng)力水平較高，但壩體內(nèi)均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，也沒有塑性破壞區(qū)域。

1.3.2 考慮流變的壩體變形性態(tài)

壩料流變變形方向為由上下游兩側(cè)向心墻方向擠壓，指向下游側(cè)的流變變形最大值為9.3cm，指向上游側(cè)的流變變形最大值為6.2cm，垂直向流變變形最大值為35.8cm，發(fā)生在心墻壩軸線的1304高程。與不考慮流變變形計算結(jié)果相比，考慮流變變形后指向下游側(cè)的順河向位移有所增大，最大值為36.8cm，指向上游側(cè)的順河向位移有所減小，最大值為19.7cm，垂直向沉降增大為188.3cm，發(fā)生在心墻壩軸線的1317高程，較之不考慮流變變形的結(jié)果偏低。蓄水10年后流變變形的方向表現(xiàn)為由心墻向上下游兩側(cè)擠壓，指向上游側(cè)的順河向位移增量為4.8cm，指向下游側(cè)的順河向位移增量為4.3cm，垂直向位移增量為7.6cm，發(fā)生在壩頂。由于大壩填筑周期長，大部分流變變形已在施工期完成，故而在運行期的流變變形較小。由于運行期流變變形方向為由心墻向兩側(cè)擠壓，與蓄水期計算結(jié)果相比，指向上游側(cè)順河向位移有所增大，最大值為20.6cm，指向下游側(cè)順河向位移有所減小，最大值為35.8cm。最大沉降值則增大為191.2cm。

2 結(jié)論

考慮流變變形后，其引起的變形增量在填筑與蓄水期壩體變形方向為由上下游兩側(cè)向心墻方向擠壓，而在運行期則為由心墻向上下游兩側(cè)擠壓?？紤]流變變形后，蓄水期壩體最大沉降為188.3cm，約為壩高的1%，發(fā)生在心墻壩軸線的1317高程，與不考慮流變的結(jié)果相比，壩體最大沉降增加約23%，而位置要偏低一些。由于大壩填筑周期長，大部分流變變形已在施工期完成，故而在運行期的流變變形較小，運行10年后壩體最大沉降為191.2cm，相對于蓄水期僅增大約1.5%。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李國英，米占寬，傅華，等.混凝土面板堆石壩堆石料流變特性試驗研究[J].巖土力學(xué)，2004，25（11）：1712-1716.

[2]程展林，丁紅順.堆石料蠕變特性試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2004，26（4）：473-476.

[3]王勇，殷宗澤.一個用于面板壩流變分析的堆石流變模型[J].巖土力學(xué)，2000，21（3）：227-230.

[4]周偉，常曉林.基于冪函數(shù)流變模型的高混凝土面板壩流變分析[J].水力發(fā)電學(xué)報，2006，25（1）：15-18.

[5]鄧剛，徐澤平，呂生璽，等.狹窄河谷中的高面板堆石壩長期應(yīng)力變形計算分析[J].水利學(xué)報，2008，39（6）：639-646.

[責(zé)任編輯：王偉平]