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        不同工況下重力壩應(yīng)力位移規(guī)律淺析

        2019-11-23 06:00:40
        城市道橋與防洪 2019年11期
        關(guān)鍵詞:壩基主應(yīng)力壩體

        樊 凜

        (中國(guó)建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施有限公司,北京市100044)

        0 引言

        對(duì)于典型的重力壩結(jié)構(gòu),不同壩高、壩體和壩基模量比情況下,壩體的應(yīng)力和位移情況不盡相同,為探索相關(guān)規(guī)律,得出何種壩高、壩體和壩基彈性比對(duì)壩體穩(wěn)定性更為有利。筆者通過(guò)對(duì)不同工況條件下的壩體應(yīng)力及位移進(jìn)行分析,提出了保證壩體穩(wěn)定性的相關(guān)建議。

        1 模型建立

        1.1 模型尺寸

        三種模型壩高分別為50 m、100 m、200 m,其他尺寸成比例變化,見(jiàn)圖1。

        圖1 三種模型示意圖

        1.2 模型參數(shù)

        壩體密度ρc=2400 kg/m3,泊松比0.167,壩基巖體密度ρ=2200 kg/m3,泊松比0.2;壩體采用C20混凝土、彈性模量為2.6×1010Pa,壩基彈性模量分別為5.2×1010Pa、2.6×1010Pa、1.3×1010Pa。

        1.3 工況分析

        考慮壩體自重和上游滿庫(kù)水壓。

        2 計(jì)算與分析

        2.1 壩高成比例增加壩體應(yīng)力位移變化規(guī)律

        通過(guò)比較相同壩基彈性模量(5.2×1010Pa)、壩高分別為50 m、100 m、200 m 情況下的大主應(yīng)力、小主應(yīng)力、水平位移和豎向位移,可得到以下規(guī)律:

        2.1.1 大主應(yīng)力

        由圖2 可知,大主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同,但是隨著壩高增加,大主應(yīng)力的值也不斷增加,且近似為2.7 倍的關(guān)系增大。

        圖2 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加大主應(yīng)力變化規(guī)律

        2.1.2 小主應(yīng)力

        由圖3 可知,小主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同,但是隨著壩高增加,小主應(yīng)力的值也不斷增加,但是增大的比例不足2.1 倍。

        圖3 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加小主應(yīng)力變化規(guī)律

        2.1.3 水平位移

        由圖4 可知,水平位移的分布規(guī)律基本相同,但是隨著壩高增加,水平位移的值也不斷增加,且增大的比例約為4 倍。

        圖4 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加水平位移變化規(guī)律

        2.1.4 豎向位移

        由圖5 可知,豎向位移的分布規(guī)律基本相同,但是隨著壩高增加,豎向位移的值也不斷增加,且增大的比例約為4 倍。

        圖5 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加豎向位移變化規(guī)律

        2.2 壩基彈性模量成比例降低壩體應(yīng)力位移變化規(guī)律

        通過(guò)比較相同壩高(50 m)、壩基彈性模量分別為、、情況下的大、小主應(yīng)力、水平位移和豎向位移,可得到以下規(guī)律:

        2.2.1 大主應(yīng)力

        由圖6 可知,大主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同,但是隨著地基巖石彈性模量的成比例減小,大主應(yīng)力的值略有減小。

        圖6 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低大主應(yīng)力變化規(guī)律

        2.2.2 小主應(yīng)力

        由圖7 可知,小主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同,但是隨著壩基彈性模量成比例降低,小主應(yīng)力略有增加。

        圖7 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低小主應(yīng)力變化規(guī)律

        2.2.3 水平位移

        由圖8 可知,水平位移分布規(guī)律基本相同,但隨著壩基彈性模量成比例降低,水平位移近似成倍增加。

        圖8 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低水平位移變化規(guī)律

        2.2.4 豎向位移

        由圖9 可知,豎向位移的分布規(guī)律基本相同,但是隨著地基巖石彈性模量的成比例減小,豎向位移的值不斷增加,但是增大的比例不到1.6 倍。

        圖9 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低豎向位移變化規(guī)律

        3 結(jié) 論

        通過(guò)對(duì)不同壩高、壩體和壩基彈性模量比下壩體應(yīng)力和位移的變化規(guī)律進(jìn)行分析,可得出以下結(jié)論:

        (1)隨著壩體高度成比例增加,壩體大主應(yīng)力、小主應(yīng)力、水平位移和豎向位移均有明顯增加,尤其是水平和豎向位移按4 倍左右的比例增加,因而在滿足其他要求的基礎(chǔ)上,壩體高度應(yīng)相對(duì)較小。

        (2)隨著壩基彈性模量成比例降低,壩體水平位移和豎向位移按不足2 倍的比例增加,但壩基變形模量過(guò)高,會(huì)引起壩踵的拉應(yīng)力集中,因而在壩軸線選擇及地基處理時(shí),應(yīng)選擇與壩體剛度差不多地基,即Ec≈Ey。

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