库水位骤降对于高面板堆石坝面板脱空的影响研究

摘要

众所周知，国内外已建、在建的许多高面板堆石坝工程曾出现过面板脱空问题。面板脱空将导致面板工作状况恶化，加剧其挠曲变形，并可能导致面板产生有害的裂缝，进而严重影响大坝的安全性。实践证明，产生面板脱空的主要原因是面板与坝体材料差异而造成两者变形难以协调，而运行期库水位骤降是促使面板产生脱空的一个重要外部因素。因此，深入研究库水位骤降对于高面板堆石坝面板脱空的影响规律仍具有重要的现实意义。
　　本文首先阐述了影响高面板堆石坝产生面板脱空现象的因素，并进一步选定了库水位的变化速度与幅度对于面板脱空影响规律这一问题进行深入研究。其次，结合本文的研究目标，通过系统分析与比较，选择了面板与坝体材料的本构模型以及二者之间的接触面模型，并分析提出了大坝施工加载及蓄水过程的模拟方法以及面板脱空的模拟方法。再次，通过对ABAQUS有限元软件的二次开发，使得上述计算模型及模拟方法得以在该软件中实现。最后，结合某实际高面板堆石坝工程，通过将竣工期大坝三维应力变形有限元计算结果与该工程相应的实测结果进行对比分析，论证了本文选择或提出的上述计算模型及模拟方法的合理性；通过实施全局模型和子模型的三维有限元计算，对比分析了库水位下降幅度和下降速度两个因素对于面板脱空的影响规律，并分析探讨了合理可行的面板脱空的处理措施。结果表明，在库水位下降幅度一定的条件下，随着水位下降速度的减小，面板的脱空值有所减小；在库水位下降速度一定的条件下，随着水位下降幅度的减小，面板的脱空值也相应减小。

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1 绪论

1.1 混凝土面板堆石坝建设发展现状

1.2 面板堆石坝的发展方向及挑战

1.3 混凝土面板堆石坝应力变形分析的研究进展与存在的问题

1.4 面板脱空研究的进展与存在的问题

1.5 本文研究目的及研究内容

2面板脱空问题的工程实例分析

2.1 天生桥一级混凝土面板坝

2.2 吉林台一级水电站混凝土面板坝

2.3 导致出现面板脱空的原因及其影响因素

2.4 库水位骤降的定义

2.5 本章小结

3分析面板脱空问题的有限元法

3.1 堆石料本构模型概述

3.2 堆石料及面板本构模型的选择

3.3 接触面模型及单元选择

3.4 施工加载和蓄水过程的模拟方法

3.5 模拟面板脱空的方法

3.6 本章小结

4 ABAQUS在高面板堆石坝面板脱空有限元计算中的应用方法

4.1 ABAQUS软件简介

4.2 ABAQUS中应力变形分析的基本步骤

4.3 面板堆石坝的有限元模拟在ABAQUS中的实现

4.4 本章小结

5 应用实例研究

5.1 工程概况

5.2 竣工期及蓄水期的大坝三维非线性有限元分析

5.3 不同库水位降落方案下的大坝应力变形分析

5.4 面板脱空的处理措施分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录