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岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响

魏攀哲 赵引

魏攀哲,赵引. 岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响[J]. 水利水运工程学报,2023(2):104-112. doi:  10.12170/20221023002
引用本文: 魏攀哲,赵引. 岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响[J]. 水利水运工程学报,2023(2):104-112. doi:  10.12170/20221023002
(WEI Panzhe, ZHAO Yin. Study of the influence of rock mass deterioration on valley deformation and high arch dam safety[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023(2): 104-112. (in Chinese)) doi:  10.12170/20221023002
Citation: (WEI Panzhe, ZHAO Yin. Study of the influence of rock mass deterioration on valley deformation and high arch dam safety[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023(2): 104-112. (in Chinese)) doi:  10.12170/20221023002

岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响

doi: 10.12170/20221023002
基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目(51739006)
详细信息
    作者简介:

    魏攀哲(1996—),男,湖南常德人,硕士研究生,主要从事复杂环境下高拱坝的安全评估研究。E-mail:1043600792@qq.com

    通讯作者:

    赵 引(E-mail:Zhaoyin01@hhu.edu.cn

  • 中图分类号: TV311

Study of the influence of rock mass deterioration on valley deformation and high arch dam safety

  • 摘要: 拱坝建成蓄水后,水环境的变化会引起坝址区岩体力学性能的改变,进而引起谷幅收缩,影响大坝安全。针对锦屏一级拱坝蓄水初期出现的地基异常变形现象,基于岩体遇水劣化规律和非饱和渗流-应力耦合基本理论,建立岩体遇水劣化模型,采用非线性有限元数值分析方法,研究蓄水初期库区岩体劣化下的谷幅变形规律,进一步分析谷幅收缩对坝体结构的影响。研究表明:库岸岩体劣化对谷幅变形产生直接影响;岩体劣化程度越高,谷幅收缩越明显,坝体上游消落带区域的谷幅变形最为突出;随着水位升高,库岸岩体劣化范围扩大,坝体的最大顺河向位移、最大主拉应力和最大主压应力略有减小。因此,锦屏拱坝蓄水后由岩体劣化造成的谷幅变形不会影响坝体的整体安全。
  • 图  1  岩体力学参数-饱和度关系曲线

    Figure  1.  Rock mass mechanical parameters-saturation relation curve

    图  2  岩体劣化区域划分

    Figure  2.  Regionalization of rock mass deterioration

    图  3  谷幅跨江段监测布置

    Figure  3.  Valley amplitude monitoring arrangement across the river

    图  4  锦屏一级拱坝地基有限元网格

    Figure  4.  Finite element mesh of Jingpin Ⅰ arch dam

    图  5  地基断层及岩脉分布

    Figure  5.  Distribution of faults and dikes

    图  6  岩体劣化过程中不同因素对谷幅变形的影响

    Figure  6.  Influence of different factors on valley deformation during rock mass deterioration

    图  7  剖面位置及节点分布

    Figure  7.  Profile position and node distribution

    图  8  考虑渗流与岩体劣化的河谷剖面横河向位移分布

    Figure  8.  x displacement distribution of river valley profile considering seepage and rock deterioration

    图  9  坝体横河向位移(单位:mm)

    Figure  9.  Comparison of displacement of dam in x direction (unit: mm)

    图  10  坝体顺河向位移(单位:mm)

    Figure  10.  Comparison of displacement of dam in y direction (unit: mm)

    表  1  材料的物理力学参数

    Table  1.   Physical and mechanical parameters of materials

    编号材料分类弹性模量/GPa泊松比密度/(kg·m−3黏聚力/MPa摩擦因数渗透系数/(m·s−1
    1坝体、垫座24.000.172 4001.641.000
    2防渗帷幕24.000.172 4001.641.001.00×10−12
    3Ⅱ类岩体26.000.202 7002.001.352.78×10−10
    4Ⅲ1类11.500.252 7001.501.071.68×10−10
    5Ⅲ2类6.500.282 7000.901.025.79×10−9
    6Ⅳ1类2.400.302 7000.600.706.79×10−8
    7Ⅳ2类1.400.352 7000.400.601.71×10−7
    8F5、F8、F42-90.400.381 9000.020.302.27×10−6
    9F13、F140.400.381 9000.020.304.83×10−7
    10FX6.500.282 7000.901.022.27×10−6
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    表  2  计算荷载组合及工况

    Table  2.   Calculated load combination and working condition

    计算工况地应力自重静水水位/m温度荷载渗流岩体劣化
    11 880 温降
    21 880 温降
    3-H11 710 温降
    3-H21 800 温降
    3-H31 840 温降
    3-H41 880 温降
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    表  3  谷幅变形监测值与计算值对比

    Table  3.   Comparison between monitored and calculated values of valley deformation

    谷幅测线编号谷幅变形/mm
    监测值计算值
    工况1工况2工况3-H1工况3-H2工况3-H3工况3-H4
    150.00−5.6227.744.3113.4430.2852.07
    246.50−2.2123.773.257.9517.9845.83
    341.00−1.7622.562.346.1814.3440.83
    419.83−7.9116.921.442.118.1330.92
    522.68−1.5922.172.865.1910.7328.62
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    表  4  坝体应力计算结果

    Table  4.   Calculation results of stress of dam

    工况最大主拉应力最大主压应力
    数值/MPa位置数值/MPa位置
    1 3.54 建基面右侧▽1 600 m 20.52 下游面左拱端▽1 650 m
    2 1.65 上游面左拱端▽1 800 m 19.83 下游面左拱端▽1 650 m
    3-H4 1.67 上游面左拱端▽1 840 m 19.76 下游面左拱端▽1 650 m
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-23
  • 网络出版日期:  2023-03-10
  • 刊出日期:  2023-04-15

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