坝顶溢流式面板堆石坝泄槽底板及下游坝坡稳定有限元分析

摘要

随着水利水电建设事业的日益发展,水利水电枢纽工程建筑物布置的制约因素日益增多。例如,不少选择混凝土面板堆石坝这种新坝型的枢纽工程,往往由于地形地质、运行和施工等条件的限制,难以布置传统的岸边溢洪道。自20世纪60年代以来,为简化枢纽布置、节约工程造价,国内外一些工程开始尝试采用坝顶溢流式面板堆石坝这种新型泄水建筑物布置形式,即把溢洪道直接布置在混凝土面板堆石坝坝顶及其下游坝面。然而,由于这种泄水建筑物主要组成部分的泄槽段布置在面板堆石坝下游坝面上,因此泄槽段底板以及溢洪道坝段下游坝坡的抗滑稳定就成为需要重点研究解决的问题。
　　本文首先通过工程实例分析,总结、探讨了影响溢洪道泄槽底板及溢洪道坝段下游坝坡抗滑稳定的主要因素;然后,结合坝顶溢流式面板堆石坝的结构及材料特点,对坝顶溢流式面板堆石坝应力变形的有限元分析方法进行了系统分析;其次,研究提出了有限元应力结合极限平衡法对溢洪道泄槽底板及溢洪道坝段下游坝坡进行抗滑稳定计算的方法;再次,结合上述分析成果,对坝顶溢流式面板堆石坝应力变形和坝坡稳定在有关有限元软件中的实现办法进行了探讨。最后,结合一实际工程,针对泄槽底板是否设置加固措施两种情况,分别进行了竣工期、蓄水期及泄水期三种工况的溢洪道坝段二维应力变形有限元计算、泄槽底板稳定分析及下游坝坡稳定分析。结果表明:(1)坝顶溢流式面板堆石坝在竣工期、蓄水期和泄水期的应力变形规律与普通面板堆石坝基本一致。(2)溢洪道坝段下游坝坡抗滑稳定性在上述三种工况下都能够满足规范要求,不需要采取加固措施。(3)在上述三种工况下,溢洪道泄槽底板需要采取必要的加固措施,否则其抗滑稳定性难以满足规范要求。(4)本文所提出的水平地锚加固措施是提高溢洪道泄槽底板抗滑稳定性的一种有效措施。
　　本文的研究思路和研究方法,是关于坝顶溢流式面板堆石坝泄槽底板及溢洪道坝段下游坝坡抗滑稳定问题研究的一次有益尝试,所获研究成果对于类似工程问题的研究具有一定的参考和借鉴意义。

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第1章 综述

1.1混凝土面板堆石坝的发展现状及发展趋势

1.2坝顶溢流式面板堆石坝的发展现状

1.3 坝顶溢流式面板堆石坝关键技术问题及研究现状

1.4 本文研究的必要性和意义

1.5 本文的研究目的及研究内容

第2章 工程实例分析

2.1工程实例

2.2 影响溢洪道泄槽底板抗滑稳定的主要因素

2.3 影响溢洪道坝段下游坝坡抗滑稳定的主要因素

2.4 坝顶溢流式面板堆石坝的工程经验

2.5 小结

第3章 坝顶溢流式面板堆石坝应力变形有限元分析方法

3.1 堆石料的本构模型

3.2 混凝土材料的本构模型

3.3 混凝土结构与堆石料之间接触面的模拟

3.4 混凝土结构接缝的模拟

3.5 溢洪道底板锚定结构的模拟

3.6 坝体施工及水库蓄水过程的模拟

3.7 溢洪道水荷载的模拟

3.8 溢洪道坝段应力变形分析的有限元模型

3.9 应力变形非线性有限元计算方法

3.10 小结

第4章 坝顶溢流式面板堆石坝抗滑稳定分析的有限元法

4.1 溢洪道泄槽底板抗滑稳定分析的有限元法

4.2 溢洪道坝段下游坝坡抗滑稳定分析的有限元法

4.3 小结

第5章 应力变形和抗滑稳定有限元分析在MIDAS软件中的实现

5.1 应力变形有限元分析在MIDAS软件中的实现

5.2 抗滑稳定有限元分析在MIDAS软件中的实现

5.3 小节

第6章 应用实例研究

6.1工程概况

6.2 计算方案

6.3 计算模型与计算工况

6.4 计算参数

6.5 应力变形有限元计算结果及分析

6.6 溢洪道底板抗滑稳定有限元分析

6.7 下游坝坡抗滑稳定有限元分析

6.8 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录