九甸 峡混 凝 土 面板 堆石 坝应 力和 变 形 有 限元 分 析 吕生 玺 (1．河海大学水利水电学院 ，南京 210098；2．甘肃 省水利水 电勘测设 计研究院 ，兰州 730000) 摘要：采用非线性有限元方法，对修建在深厚覆盖层上的九甸峡混凝土面板堆石坝进行了深人研究，得到了大坝坝体 应力 应变 、混凝土面板 的应力应变 、河床 防渗墙 的应 力应 变状 态 ，以及面板周边缝 的变形分布情况 ，揭示 了峡谷地区和 深厚覆 盖层条件下 面板堆石 坝在各种工况 下的应力 应变规律 ，为工程设计提供依据 。 关键词：面板堆石坝；本构模型；非线性有限元；应力变形。 中图分类号 ：TV314 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—1683(2010)03—0117—04 FiniteElementAnalysison StressandDeformation for JiudianxiaConcreteFaceRockfiilDam IU Sheng-xit0 (1．CollegeofW rConservancyandHydropowerEngineering，HohaiUniv．，Na ing210098，China； 2．TheWaterResourceand HydropowerInvestigationDesignand ResearchInstituteofGansu，Lanzhou730000，China) Abstract：Thispaperconductedadetailedresearch intoJiudianxiaconcretefacerock-filldam (CFRD)by using the3-dimensionalnon-linear FEM．Thestatesofstressandstrainofthedam body，theconcreteface，theriverbeddiaphragm wall，aswellasthedistributionsoftheperipher aljointsandslabjointsareobtained．ThelawofstressandstrainofCFRDconstructedonthickmorainecoverfoundationinrivervalleysindiffer entoperationa1statesisrevealed．Theresearchthusprovidedabasisforengineeringdesign． Keywords：CFRD；constitutivemode1；non-linearfiniteelement；stressand deform ation 九甸峡坝址 区河谷狭窄 ，两岸岸 坡极 不对 称 ，河床分布 深 厚砂砾 卵石覆盖层 ，并 有一 深槽 贯穿整个 坝址 ，深槽覆盖层最 大厚度达 56m，为了满足 河床深 覆盖层 的 防渗要求 ，设 计采 用 了混凝土防渗墙垂直防渗的处理方案 。该设计方案 中防渗 墙与面板的连接是整个防渗体系的关键 ，也是大坝一地基整 个 防渗系统的最薄弱环 节 ，必 须给予 足够 的重视 。本文 重点 围绕上述问题 ，通过对坝体 和坝基 整体结 构在不 同工况 下应 力变形的数值模 拟分析 ，深 入研究 覆盖层 上面板 堆石坝 的应 力变形特性 、深 覆盖 层对 上部 坝体 变形 的影 响规 律 ，以及 坝 体一面板一 趾板一 连接板一 防渗墙 覆盖层 之间的相互作用 性 态等 ，对工程的结构形式进一步进行了论证 ，为设计方案 的 确定提供 了技术支持 。 l 工程概况 九甸峡水利枢纽工程位于甘肃省卓尼、临潭两县交界处， 黄河支流洮河中游的九甸峡峡谷进 口段 ，距兰州市约 193 km，是甘肃省引洮供水工程 的龙头水利枢纽 。 枢纽工 程 水库 正 常 蓄 水 位 2202．O0m，校 核 洪 水 位 2205．11m，相应水库总库容 9．43亿 rn3，面板 堆石坝最 大高 度 133m，电站总装 机容量为 300MW。按《水利 水电工程 等 级划分及洪 水标 准 》(SI252—2000)规定 ，工 程规 模属 于 大(2) 型，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物为 2级，次要建筑物为 3级。 大坝按照 1级建筑物设计 。 九甸峡面板堆石坝关键问题有 ：坝址 区河道狭 窄，岸坡陡 峻，特别是坝址左岸岸坡近于直立；河床底部分布深厚覆盖 层 ，最深 为 56m，宽度只有 40m左 右 ；地震设计烈度 为 8度 ； 两岸存在地下水低 凹带 ，以及两 岸卸 荷裂 隙发 育等 ，对面板坝 布置和结构设计 、大坝的应力变形等很不利。针对关键问题 ， 设计采 取了相应 工程措施 ，结合分析计算 和模型试验等成果 ， 确定在深厚覆盖层上修建面板碓石坝，最大坝高 133m，坝顶 长 232m，设计 坝体上游 坡 比为 1：1．4，下游 坡 比为 1：1．3、 1：1．4；坝顶宽 10m，上游设钢筋混凝土“L”型挡墙；坝体填筑 料 区 自上游 向下游依 次为 垫层区 、过渡层 、主堆 石 区、可利用 区l1]；垫层区水平宽为 4m，过渡层水平宽为5m，面板厚度变

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