黄小斌

摘 要：在北方的高寒地区，水库结冰会对堆石坝造成一定程度的影响。文章将对该内容进行分析，以供参考。

关键词：水库结冰；计算方法；影响分析

水库结冰对混凝土面板堆石坝的影响较大。在现阶段抗冰冻分析过程中，大多数采用规范中给出的静冰压力标准值与依据模拟实验的方法，分析时较为便利，计算结果较为保守，仅需要依据冰层厚度来选取静冰压力值，但在实际情况中，影响冰作用的因素很多，采用模拟实验分析时，所得结论缺乏一般性，还需要根据实际情况修正模型，分析过程较为复杂。

1 对比两种计算方法

1.1 应用荷载设计规范计算

根据混凝土面板堆石坝构造，分别建立了面板、垫层、过渡层、堆石以及岩基模型。以坝踵位置为原点，X轴负向为上游方向，Y轴为高程方向。坝面坡度为1：2，岩基厚度向下取130m，上游坡脚向上游方向取50m，下游坡脚向下游方向取30m。坝高30m，面板在水平方向取0.2m，垫层水平方向取3m，过渡层水平方向取3m。选择单元类型为PLANE82，由于本研究的对象为混凝土面板，所以模型对沥青混凝土面板、垫层、过渡层的网格进行了加密，而堆石以及岩基的网格则较为稀疏，这样既提高计算精度，同时又节省了计算时间。

1.2 应用冰层位移计算

首先，在原有的模型基础上，添加冰层模型，冰层初始厚度为0.4m，长为100m。在冰层与面板接触的位置设置接触单元，这样，接触单元便覆盖在了分析模型接触面上了，并且形成了接触对。文章使用CONTA172和TARGE169单元来定义2-D接触对，将冰层接触面定义为接触单元的接触面，将面板接触面定义为接触单元的目标面。在完成接触单元设置后，文章根据需要设置了2个实常数，分别是法向接触刚度因子FKN和允许最大穿透容差FTOLN，数值均为0.1。

另外，根据机械联结理论，当胶粘剂渗入到被粘物表面粗糙不平、遍布沟壑和微孔等部位时，许多微小“销钉”会在物体之间形成并将两物体联结起来，因此在冰层与面板的粗糙表面之间产生较高粘结强度，所以，文章选择KEYOPT（12）=6即绑定接触模式。施加约束及位移。施加约束与应用荷载设计规范进行计算时一样，不同的是，不再直接施加静冰荷载，而是在冰层上游方向末端施加X正方向的位移和Y向的约束。然后进行求解。先试算一个较小的位移0.020m，然后按0.005m的位移增量进行计算，得到这一冰层厚度下不同位移作用下的面板应力，再调整冰层厚度，重新进行计算，直到得到各个冰厚不同位移作用下面板的应力。

1.3 分析计算结果

1.3.1 结果对比

同一冰层厚度下，位移越大，面板的最大主应力值也随之增大。在同一位移作用下，冰层越厚，面板的最大主应力值也越大。例如，当冰层厚度为1.2m时，应用荷载设计规范计算的结果是1.68MPa，则在应用冰层位移进行计算时，当冰层位移达到0.046m时，面板的最大主应力值接近1.68MPa。由此可知，可以将应用规范计算的结果与应用位移计算的结果一一对应起来，得到一组与之对应位移。当位移分别为0.0230m、0.0452m、0.0420m、0.0430m和0.0451m时，其计算结果与应用规范计算的结果基本一致。

1.3.2 接触计算结果

整理了冰层厚度为0.6m时，不同冰层位移下的接触应力计算结果。接触摩擦应力随冰层位移增加而增大。而且由于存在摩擦力，面板在接触冰层位置出现拉应力，而这些拉应力有助于说明为什么有不少水库大坝护坡被推移或隆起，有裂纹在接触表面形成，并逐渐扩展。

2 混凝土面板堆石坝的关键施工技术

2.1 大坝填筑施工

在装载和卸载岩石填充物时，应避免分离，不允许从高斜坡卸载。在车间材料中，应避免出现原料浓缩问题，努力匹配粗颗粒。在岸边位置附近，用精细的铺路材料，以避免架空的现象。主要技术要点：（1）坝体填筑面施工，卸料，铺料，洒水和压实等作业，采用实施方式。压实基面后，需要彻底清洗，第一大尺寸内20厘米内的细石层，并且层厚度应控制在30厘米以内，并对其进行振动压实。（2）转角位置采用蛙式夯机压实。经过第一轮轧制后，按照正常施工过程进行施工作业。每层布厚度为80厘米，用自卸车的建筑材料運到仓库的施工，然后用来保管商店材料的法律。（3）店铺随行。在铺设材料的过程中，靠近岸边位置选择细石填充，以避免开销的问题；在坝面前滚动采用分级供水管网，确保洒水；在振动磨削中，平行于坝轴线的错误轧制，并且磨削着陆控制在30厘米左右，沿岸位置沿岸轧。

2.2 面板混凝土施工与止水安装

在面板施工前混凝土，应先将网格放在床垫网格上，然后检测平整度，及时敷料。在测量过程中，该点的施工，并用Φ22规格1米长的钢材，砸入斜坡，暴露约40厘米作为面板框架钢筋，并用面板加固，搭接焊接。铜封口机在凸模腔内，建议插入适量的泡沫条，以免混凝土浇注，将部分浆料注入模腔。在铜水封到位后，应与橡胶垫圈保持一定间隙，然后做封闭处理。在铜胶鼻结构接头中，隔离板要进行刨削和防腐处理。在混凝土浇注过程中，为了能够有效避免变形，变形的发生，需要加强侧面的处理，还要对面板观察设备进行有效的保护。在浇注混凝土施工过程中，采用跳跃式浇筑，并使用滑动模具滑槽将其运入仓库；在此过程中，仓库应统一织物，并将每层织物的厚度保持在25至30厘米，间距不超过40厘米。水密围绕混凝土，注意振动密度。在建筑面板浇筑混凝土后，需要对建筑施工的水密填料，填料和混凝土的接触面，应保持干燥，光滑，致密和清洁。包装面用PVC覆盖层起保护作用，PVC覆盖层施工安装，混凝土表面刷涂一层胶，确保覆盖层与混凝土表面之间的密封；，需要按适当数量的角度，然后使用膨胀螺栓固定。

3 结语

综上所述，通过分析我们对堆石坝的影响有了一定了解，通过计算得到了面板最大主应力，对于实际操作具有一定指导意义。

参考文献

[1] 张洪伟.ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2] 丁金波.结冰表面冻粘特性的试验研究[D].上海：上海交通大学，2012.