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不均匀地基上消力池的变形与应力分析

彭彬  
【摘要】:消力池的结构稳定性是水工设计中的一个重要课题。当消力池建筑在坚硬均质的岩体上时,基础岩性对消力池结构的影响不是很突出。然而,当消力池建筑在基岩物理力学性质差、且岩性变化显著的不均匀地基上时,基岩对消力池结构稳定的影响就变得十分显著。因为基岩物理力学性质悬殊容易使底板产生过大的不均匀沉降,从而导致底板缝间止水、排水等发生破坏,产生不正常的基底扬压力与脉动压力而引起消力池失稳破坏。 广西右江百色水利枢纽工程的消力池是建筑在不均匀地基上的一个典型例子。其基岩岩体物理力学性质差别大,存在高变模比、高承载力比、低抗冲性、风化深度空间变易性大的特殊地质条件。该消力池基础的不均匀性对消力池的结构受力影响程度直接关系到消力池的安全进而影响大坝的稳定,因而是工程技术人员十分关心的问题。 本文采用三维非线性有限元方法,对建筑在不均匀地基上的消力池的受力和变形特征进行了详尽分析。并在计算中通过模拟键槽传剪传压不传拉的工作机理,对消力池结构的分缝分块及结构缝键槽的布设方式进行了优化和探讨,提出了较为合理的结构分缝和键槽布设方案。研究结果表明:(1)受地基的不均匀性影响,消力池各板块间存在不均匀沉降现象。设置缝间键槽,可以有效地减小错台沉降,但键槽对消力池整体沉降量值和沉降规律影响不大。(2)消力池板块的内部应力与板块下覆基岩的岩性密切相关。非均匀地基可以导致消力池板块内出现应力不均匀分布和高值拉应力。由于该现象不易用材料力学方法加以核算,故对不均匀地基消力池板块的配筋应在有限元分析的基础上根据其受力状态作专门计算。(3)由于重量和块度相差悬殊,在消力池的边墙与底板之间、尾墩与底板之间不应设置键槽。底板与底板之间的键槽由于不均匀地基影响,也可能产生有危害性的键槽剪应力,对这些部位的键槽应加强配筋。本文研究成果已经成功应用于百色消力池的设计中。


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