文献综述
重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物,其基本剖面是直角三角形,整体是由若干坝段组成。重力坝在水压力及其他荷载作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同事依靠坝体自重产生的压力来抵消有雨水压力所引起的拉应力以满足强度要求。关于重力坝设计和施工常见问题,比如有大坝深层抗滑稳定性分析,大坝的稳定性分析和大坝运行期的裂缝变化,重力坝的抗震能力分析,还有关于施工期间大坝的温度控制,重力坝极限承载能力判别方法研究。
刚体极限平衡法计算稳定系数。用刚体极限平衡法计算稳定系数的公式有两类;抗剪强度公式和抗剪断强度公式。抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用,计人了摩擦力和凝聚力,比较符合坝的实际工作状态,物理概念也较明确。但试验表明,在多数情况下现场测值是很不稳定,试件制备时的粘结状态与坝的实际情况仍有所出入。随着试验技术的发展和筑坝经验的积累,规范要求的安全系数已在逐渐降低。因此,对地基条件良好的坝,经过详细勘查试验,取得可靠的抗剪断参数,采用抗剪断强度公式计算是比较合理的,考虑本文中重力坝的实际情况,采用抗剪断强度公式计算稳定系数【1】
大坝与坝基的稳定一直是工程师密切关注的一个安全问题.有两种方法:一种是基于刚体极限平衡原理的直接分析方法,它将坝体和岩基作为不变形的刚体,利用该方法可直接计算出可能滑动面的安全因数;另一种是基于弹塑性理论的间接分析方法,它采用非线性有限元方法分析大坝和坝基的应力和变形.根据收敛和突变准则来确定稳定安全度.结果表明:工程建筑物的破坏不仅仅是由于施加荷载的原因,同时也与组成材料的性质有关。【2】重研究一个典型的混凝土重力坝的坝底水浮力对大坝稳定性的影响。大坝的基础由含有高度开裂的岩石所构成。首先,通过把大坝视为自由体的平衡分析法来评价大坝破坏前的最大水压力和有效排水系统对大坝稳定性的影响。然后,使用离散元方法来进一步评价开裂基岩中的水流状态,得到该水流产生的浮托力的分布,最终得到此水浮力对大坝稳定性的影响。对设计而言,上述分析考虑了岩基渗透,运用离散元方法进行模拟。研究结果表面,相比保守的平衡分析法,此模型可以得到更大的水浮力荷载。【3】
混凝土坝块温度裂缝的成因,可分为二大类:由混凝土的内外温差(实质是内表温差)产生的表面裂缝;混凝土内部降温受基础或受老混凝土约束产生的贯穿裂缝,前者称基础贯穿裂缝,后者称深层裂缝。处在基础约束区,特别是强约束区的表面裂缝,当混凝土内部继续降温,有可能发展成贯穿裂缝。因此这一部位的混凝土防裂工作更要严加注意。【4】在大坝加高过程中也会产生一些温度应力问题,重力坝加高将带来老坝体应力恶化、结合面开裂及新混凝土表面裂缝三个主要问题,文献认为水化热作用及气温周期性变化所产生的温度应力是主因。预防温度应力的破坏可通过凿毛、铺砂浆、预留竖直宽槽设置滑动键及控制新老混凝土温差、设置垂直纵向温度缝等方法实现。水库大坝加高工程设置垂直纵缝对坝体应力分布的影响,同时对纵缝间距进行了温度应力的敏感性分析。【5】
关于大坝抗震方面的研究现在也是很深入的,比如在重力坝地震波动的时域数值分析方面,传统的重力坝地震响应分析模型未考虑地基辐射阻尼的作用以及波动的不均匀输入.为此,将黏-弹性人工边界条件应用于重力坝地震响应分析中,并基于波场分离技术推导了地震波从底面垂直入射时的重力坝波动输入公式,同时探讨了地基弹性模量对地基辐射阻尼的影响.计算结果表明,黏-弹性边界下的动应力值比固定边界无质量地基下的动应力值小20%-40%,并且地基弹性模量越小,峰值动应力降幅就越。[6]
混凝土坝遭遇强烈地震导致坝体严重受损已有先例。工程界建议布置坝面钢筋以提高坝体抗震性能。基于此,应用嵌入式滑移模型和钢筋刚化模型模拟混凝土重力坝配筋前后的地震动力响应,据此评价坝面配筋措施的抗震效果。计算结果显示,配筋前后结构整体响应基本一致,但布置坝面钢筋后坝体裂缝由集中裂缝分散为多条裂缝,裂缝张开位移和扩展深度较配筋前减小;此外,钢筋滑移对坝体裂缝分布形态也有一定影响。研究表明:配置坝面钢筋对限制与分散混凝土开裂将起到一定的作用,有助于提高混凝土坝抗震性能。[7]
在采用强度储备系数法计算重力坝的极限承载能力的过程中,随着材料强度的逐步降低,首先在局部小范围出现屈服区,随后这一屈服破坏区范围逐步扩展,直到最后坝体内的屈服破坏区贯通上下游坝面,最后丧失保持平衡的能力,导致重力坝的整体破坏,本文从两方面提出了界定这一极限承载能力的标准。运用屈服区贯通判别法和能量法对龙滩碾压混凝土重力坝极限承载能力作了分析对比[8]
电脑软件在大坝稳定性分析中也得到了很好的利用根据重力坝设计的基本理论和设计原则,采用VB6.0可视化编程工具开发出了混凝土重力坝断面设计软件系统,本软件系统操作方便,界面清楚,能够流畅地完成混凝土实体重力坝断面设计.并经过实际工程的应用,得出了合理的断面设计结果.【9】
1 李欣 ,刘军 重力坝抗滑稳定性分析,《吉 林 水 利》2008年(12) 期 :319
2 赵引 ,MartinsY.Otache 大坝与坝基稳定性分析研究 《 东南大学报 》2004年 20卷( 4 ) :508-512
3 尹振宇, 蒋明镜 坝底水浮力对重力坝稳定性的影响分析 《 岩石力学与工程学报 》 2008年 27卷 ( 8 ) :1554-1568、
4 叶元骞 丹江口与葛洲坝工程的温控及裂缝 《长江志季刊 》 2004年( 6 ) : 19-25
5 田 静 李永丽 杨香云 浆砌石重力坝加高的温度应力分析 《水电能源科学》2 00 8年1 2月 第26卷( 6 ) : 106-107
6 贺向丽 重力坝地震波动的时域数值分析 《 河海大学学报:自然科学版 》 2007年 (35) :5-9
7 龙渝川 张楚汉 混凝土重力坝抗震配筋加固措施的效果研 《 水力发电学报 》2008年 ( 27 ) :77-82
8 黄劲松 王先军 龙滩碾压混凝土重力坝极限承载能力判别方法研究《 红水河 》 2002年( 21 ) :4-7
9 程飞 刘小兵 冯凌寒 凝土重力坝断面设计软件系统的开发 2008年 ( 34 ) 期《 西南民族大学学报:自然科学版 》:1247-1251