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高拱坝坝肩稳定三维地质力学模型破坏试验研究

何显松  
【摘要】: 随着我国水电事业的发展及西部大开发的需要,水利水电工程趋于向高坝、大库容、大装机的方向发展。尤其是混凝土拱坝(如拟建的溪洛渡高278m、小湾高292m、锦屏一级高305m)已迈向了300m级的台阶。由于工程所处的地形、地质和水文条件都越来越复杂,工程的安全性问题就成为了高拱坝建设的关键。而坝肩的稳定是工程安全的保证。国家“九五”攻关期间对300m级的高拱坝的建设(包括坝肩坝基稳定性问题)进行了重点研究。目前对坝肩稳定分析方法一般分为数值计算方法和模型试验方法两大类。模型试验中,近年来地质力学模型试验在模型材料、模拟技术和试验方法等方面取得了突破性进展,特别是变温相似材料的研制成功,解决了在一个模型上实现强度储备法的难题。 本文结合溪洛渡高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征,以及对稳定起控制作用的层间、层内错动带和节理裂隙的分布状况,运用物理模型试验和数值计算两种方法来研究坝肩坝基稳定。首先进行了三维地质力学模型破坏试验,试验采用多种变温相似材料对坝肩坝基进行模拟,运用强度储备与超载相结合的方法(综合法)进行破坏试验研究。其次,对试验过程中因采用变温相似材料所带来的附加温度场对试验成果的影响进行了研究。利用美国通用有限元分析软件ANSYS进行了非线性结构分析、温度分析和温度与结构的耦合分析,并对其作出了相应的评价。 通过研究,在地质力学模型破坏试验中得到了溪洛渡坝肩、坝基失稳的破坏过程、破坏形态,揭示了破坏机理,并提出了工程的加固处理措施建议。最终确定溪洛渡拱坝坝肩综合稳定安全度为6.3。 由数值计算分析得到附加温度场在模型中的作用对变位的影响程度约为 四川大学硕士论文 6%,对应力的影响程度约为七%~9%,且温度越小,影响程度越小。 最后从ANSYS结构分析和温度与结构的耦合分析的角度,论证了地质力 学模型破坏试验结果的可靠性,及变温相似材料在地质力学模型试验中的可行 性。


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