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复杂地基上高拱坝安全度研究

杨涛  
【摘要】: 随着我国西部大开发的实施,在水力资源丰富的西南地区我国将修建一大批高拱坝,在复杂地基上建坝已不鲜见。对于复杂地基上高拱坝的安全度评价至今还是一个很复杂而有待研究的问题。本文就这个问题,结合河海大学水工结构所和水利部东北勘测设计研究有限责任公司的合作项目—藤子沟水电站双曲拱坝整体稳定性分析,在这方面做了一些初步研究。 现行规范将坝体混凝土强度校核和坝肩稳定安全度评价分开进行,没有考虑两者的关联性,然而这两类破坏常常是相互联系,伴随发生的。本文建议在评价复杂地基上拱坝安全度时应以拱坝—地基系统为研究对象,以拱坝—地基系统整体工作能力作为评价依据。 本文从水压超载和降低坝肩材料抗剪强度两个方面,采用三维非线性有限元仿真技术评价了拱坝的整体安全度。针对计算模型中坝基材料复杂、地质构造丰富的特点,提出了“典型面控制法”和坝基用空间四面体单元离散,坝体(包括附近区域)用空间六面体单元离散的非一致网格协调位移解法。在此基础上,介绍了非线性有限元强度折减迭代解法,探讨了复杂地基上拱坝整体稳定安全度的评价方法,并应用于藤子沟拱坝稳定安全度评价。 对于复杂地基上建设高拱坝,应同时利用地质力学模型试验方法和三维非线性有限元方法进行研究,并相互验证。本文用地质力学模型试验方法分析了藤子沟拱坝的超载过程和破坏特征,并强调无论是超载试验还是超载计算分析,在评价拱坝安全度时都应综合考虑各种影响拱坝受力的主要荷载因素,以拱坝整体工作能力作为评价依据。 对藤子沟拱坝的数值计算和模型试验分析表明:(1)藤子沟水电站在正常蓄水位作用下,坝体和两岸坝肩是稳定的;(2)藤子沟拱坝的整体安全度大概为4~5左右;(3)东北院提出的对左岸泥岩层挖除处理并用混凝土置换的加固除险措施经研究表明该加固措施是有效、可行的。


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