1、刍议面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施 摘 要：堆石体变形控制是保证面板堆石坝防渗体系安全的重要措施，变形控制的重点在于控制面板浇筑后的堆石体变形，预沉降是重要工程措施之一。基于此，本文主要分析了面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施。 下载 关键词：面板；堆石坝流变；预沉降时间；措施 一、面板堆石坝流变分析 （一）计算网格 参照坝体的施工及蓄水过程进行三维模拟，以坝横 0000.00m 为 X轴，以坝轴 0000.00m 为 Z 轴，竖直方向为 Y 轴，竖直方向坐标采用实际高程坐标，建立直角坐标系。根据该面板坝基础开挖图、坝轴线横剖面图以及实际的坝料分区情况，面板中部沿坝轴线方向每隔 12m取一
2、个断面，靠近岸边部位分隔加密而建立几何模型，将整个坝体沿坝轴线划分 35 个断面。整个面板坝被分为 6188 个单元， 6812 个结点。 （二）计算模型参数 本节计算中，堆石料本构模型采用邓肯张 E-B 模型，其参数 C、 0 、 、 K、 n、 Rf、 Kb、 m、 Kur、 nur 由常规三轴试验数据整理回归得到。流变计算则选用增量流变模型，其参数由类比已有面板坝工程的流变参数得到；另外，混凝土采用弹性模型，面板与垫层间、面板接缝均设置接触面软单元。 （三）计算工况 本次计算根据坝体实际填筑与蓄水过程进行仿真加载，考虑水荷载是在坝体填筑完成并达到稳定变形后进行。主要分析正常蓄水位工况（自
3、重 +水压力 +浪压力，上游水位从 295.0m起算，按每 10m一级逐步增加至正常蓄水位 355.0m）下坝体及面板的变形应力情况。 （四）成果分析 1、堆石流变对坝体变形应力的影响。考虑堆石料的流变效应，蓄水期坝体沉降 67.30cm，相比不考虑流变时增加 8.70cm，流变变形占总变形约八分之一；水平向下游位移达到 37.40cm，比不考虑流变稍微增加。另外，较不考虑流变情况下，大主应力变化规律及极值变化较小，而小主应力略有松弛。总体上，符合流变现象中堆石体蠕变、应力松弛的规律。 2、堆石流变对面板变形应力的影响。考虑堆石流变效应后，面板最大挠度 23.35cm，较不考虑流变时增加 3.
4、15cm；面板坝轴向位移也有所增大。水库蓄水，在水压力 作用下，面板绝大部分区域为受压状态，而在面板端部及两岸存在局部拉应力区，部分区域拉应力较大。考虑堆石的流变特性，面板顺坡向最大压应力及拉应力值分别为 6.07MPa 与 2.03MPa；坝轴向最大压应力与拉应力值分别为 1.84MPa 与 1.37MPa，均较不考虑流变效应计算结果偏大。由此可见，考虑堆石体流变后，面板变形和应力总体上均有所增加，这与混凝土弹性材料的线弹性应力应变规律相吻合。 二、不同预沉降时间影响分析 为了减小流变变形对面板应力变形的影响，实际工程施工中一般会采取一定的预沉降时间。 研究坝体填筑完成后不同预沉降时间的影响
5、是选择预沉降时间的关键，本文进一步计算了预沉降时间分别为 60 天、 120 天、 180天和 360 天的施工期方案。 如图 1 给出了计算得到的 5 种不同的施工期方案坝体沉降最大值增量随时间变化的曲线，坝体沉降最值增量由运行期的最值减去相应蓄水完成期的最值得到，各种施工方案坝体沉降增量均随着运行时间增加而增大；由相关数据可以看出，预沉降时间较长的施工方案运行期流变变形较小，引起的坝体沉降增量也较小。 从其他数据分析，并给出不同的施工方案的面板挠度随时间变化曲线，各种 方案的面板挠度均随着运行时间逐渐增加，而预沉降时间较长的施工方案运行期流变变形较小，运行期的面板挠度也就越小。不同施工方案
6、计算得到流变变形对面板应力影响规律与上一节类似，但面板应力大小受预沉降时间的影响较大。由相关数据可以看出，不同施工方案面板顺坡向和水平向应力最值，可以看出预沉降时间越长，面板的压应力最值越小，对面板的安全性也越有利。 三、预沉降时间选择的探讨 由上述计算成果可知，预沉降时间越长，面板施工完成后的坝体流变变形就会越小，对面板应力和变形的影响也就越小，从应力和变形的角度来说大坝也就越安全。然而，预沉降时间越长会导致施工期变长和工程投资的相应增加。因此，在确保大坝应力变形安全的前提下，应选择对施工和工程投资有利的预沉降时间。从变形速率看，见图 1，当预沉降时 ?g 为 120天时，面板浇筑后 100 天内的坝体沉降速率约为 6mm/月，且变形速率已趋于收敛，从这个角度来说，预沉降时间不小于 120天是合适的。从沉降量来看，预沉降时间小于 180天时，大坝沉降和面板应力最大值随预沉降时间增加显著减小；而预沉降时间大于 180天时，这种变化则不太明显，所以选择预沉降时间不需大于 180天。根据实际工程 需要，对于积石峡面板堆石坝，选择 120 天 -180 天的预沉降时间均是可行的。 参考文献： 黄耀英，田斌，沈振中 .基于工程类比法的面板堆石坝流变变形反馈 J.中国科学：技术科学， 2015， 04： 434-442.
