孔德志

0 引言

影响土石坝应力变形的因素很多,坝料分区是重要的影响因素之一。选择最优的坝料分区直接影响到坝体的安全性,现以某拟建土石坝为例进行说明。某土石坝坝高 261.5 m,坝顶高程821.5 m,最大水库正常蓄水位为812.5 m。坝体采用直心墙方案,采用四种材料分区进行比较,如图1～图3所示。四种方案的详细区别见表1。

分别对四种坝料分区方案进行有效应力法的平面有限元分析,研究其对坝体和心墙内应力变形的影响。

表1 四种坝料分区方案

1 计算模型与计算参数

对土石料采用邓肯—张E-B模型进行计算[1],对混凝土材料当作线弹性材料考虑。计算采用Fortran语言编写的平面有限元比奥固结程序。各材料的计算参数见表2,表3。心墙掺砾料的渗透系数为2×10-6cm/s。计算中考虑了材料的湿化变形影响,湿化后土石料参数确定原则为:内摩擦角比干态小2°,K为干态的0.9倍,Kb为干态的0.9倍,其他参数与干态的相同[2]。计算中采用分级加荷的方式对大坝施工过程进行模拟,蓄水过程中荷载同样分级施加。

表2 邓肯E-B模型参数

表3 坝基混凝土垫层指标参数

2 计算结果

图4给出了四种分区方案的计算结果。其中,图4的纵坐标分别对应蓄水期心墙和坝壳的最大水平位移、蓄水期最大沉降、大小主应力和应力水平、上游面应力梯度;图4的横坐标统一对应方案1～方案 4。

图4a)对应蓄水期心墙和坝壳的最大水平位移。从图4a)中可以看出,无论是心墙还是坝壳,四种方案蓄水后的水平位移,上下游方向均变化不大。……