关键词：混凝土；面板堆石；垫层
1 工程概况
某水库是一座以城乡供水、农业灌溉为主的流域骨干调蓄工程，坝址以上控制流域面积453km2，水库校核洪水位（0.05%）759.10m，设计洪水位（1%）756.20m，正常蓄水位755.00m，总库容2.65亿m3，为多年调节水库。坝型为混凝土面板堆石坝，由混凝土面板、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、下游块石护面及坝前辅助防渗料区等组成（坝0+000.00剖面图见图1）。大坝最大坝高120.0m，坝顶高程760.00m，坝顶长度259.8m，坝顶宽度9.0m，上下游坝坡为1:1.4和1:1.35。面板厚度由顶部0.3m，渐变至底部0.7m。
2 面板与垫层接触状态分析
2.1 面板与垫层接触模拟
面板与垫层两种材料的变形性能相差很大，在荷载作用下，可能沿两者的接触界面产生相对滑移和开裂。为了反映这两种材料之间的相互作用，进行有限元分析时，在这两种材料之间设置了无厚度的Goodman单元。Goodman单元不同于普通的实体单元，它是一种能模拟接触面上产生的错动，滑移或开裂等物理现象的特殊单元。Goodman单元的结点编号如图2所示。对于二维接触面有两个方向的切线剪切劲度模量，它们是单位变形长度的模量，因此为kPa/m。按下式计算：
式中，G0为初始剪切劲度模量，（kPa/m）。
2.2 面板与垫层脱空位置分析
面板与垫层之间是否发生脱空，可以通过提取goodman单元的法向应力进行判断。当法向应力是压应力时，表明面板与垫层之间是紧压状态，没有发生脱空；当法向应力是压应力，但压应力较小时，表明面板与垫层之间有分离的趋势，有可能会发生脱空；当法向应力是拉应力时，表明面板与垫层之间已经分离，产生脱空。为了分析运行期面板与垫层的接触状态，采用流变模型进行芹山面板堆石坝结构三维有限元分析，参数采用反演分析结果和类似工程取值，水位采用多年平均水位值。
3 面板与垫层接触状态实测资料分析
3.1 变形测点的选取
面板挠度可根据表面观测点变形量，用矢量叠加的方式来求面板的挠度值。芹山大坝埋设在垫层区的水管沉降仪W1测点、水平位移计Y1测点和大坝表面变形L51测点这三个测点位置接近，可以作为一组，用测点L51的测值计算面板挠度，测点W1和Y1的测值计算底部垫层挠度方向的变形值。
3.2 变形测点资料分析
测点W1、Y1、L51的监测数据经过初值归零后，三个测点各年的监测极值见表3。从表上可以看出如下特点：垫层测点的沉降要比面板测点的沉降大；面板测点的顺河向位移要比垫层的顺河向位移大；同时测点的沉降要比顺河向位移大。面板挠度在逐年增加，但是增加的速度在变缓，2009年之后面板挠度基本稳定在161.5mm附近。垫层挠度方向变形也是在逐年增加，但是增加的速度在变缓，2009年之后垫层挠度方向变形基本稳定在206mm附近。垫层挠度方向变形与面板挠度之间的差值即面板脱空的开度有逐年增加趋势，但是增加的速度在变缓，2010年之后面板脱空开度基本稳定在45mm附近。
3.3 变形测点实测值与计算值比较分析
通过提取有限元软件MARC的计算结果可以得到测点W1、Y1、L51有限元计算的面板挠度和面板脱空开度。其中面板挠度可以直接提取有限元计算结果文件得到；面板脱空开度可以通过提取接触单元Goodman单元对应测点的相对位移变化得到。将面板挠度、面板脱空开度测点实测值与有限元计算值整理到一起，见表1。图2是面板挠度实测值与计算值的比较曲线，图3是面板脱空开度实测值与计算值的比较曲线。由图表可以看出：
面板挠度实测值与计算值较为接近，整体变化规律一致，都是逐年增加且增加的速度在趋缓，2010年之后趋于稳定。面部脱空开度实测值与计算值的大小和整体变化规律均较一致，呈逐年增加趋于稳定的趋势，2010年之后已基本稳定。
结束语
从分析的结果看，芹山大坝各典型年份面板脱空位置都发生在716m高程附近，即一期面板顶部，符合一般工程规律。脱空中心位于坝右6m高程715m附近。脱空区域沿坝轴线方向（长度方向）变化比较明显，顺坡方向（宽度方向）变化比较缓慢。面板脱空区域的面积、长度、宽度随着时间的推移增大的速度逐渐减小，已经趋于稳定。面板挠度和脱空开度计算值与实测值较为接近，整体变化规律一致，都是逐年增加且增加的速度在放缓，2010年之后趋于稳定；表明本方法具有较好的适用性，可在同类坝型中应用和借鉴。
参考文献
[1]高混凝土面板堆石坝面板挤压破坏分析[J].熊海华,徐耀,贾金生,赵剑明,王昊.水力发电.?2015(01)
[2]混凝土面板堆石坝面板稳定与抬升破坏的关系[J].陈皓,朱晓玲,姜君.人民长江.2007(08)
论文作者:李清江 郭孝业
论文发表刊物:《城镇建设》2019年19期
论文发表时间:2019/11/13
标签：面板论文; 挠度论文; 应力论文; 混凝土论文; 方向论文; 大坝论文; 稳定论文; 《城镇建设》2019年19期论文;