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河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

全锡志 陈鸿杰 黄文雄

全锡志, 陈鸿杰, 黄文雄. 河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响[J]. 水利水运工程学报, 2018, (3): 103-112. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.014
引用本文: 全锡志, 陈鸿杰, 黄文雄. 河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响[J]. 水利水运工程学报, 2018, (3): 103-112. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.014
QUAN Xizhi, CHEN Hongjie, HUANG Wenxiong. Effects of width-height ratio of river valley on shear strength of clay layer in high core rockfill dams[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (3): 103-112. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.014
Citation: QUAN Xizhi, CHEN Hongjie, HUANG Wenxiong. Effects of width-height ratio of river valley on shear strength of clay layer in high core rockfill dams[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (3): 103-112. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.014

河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.014
详细信息
    作者简介:

    全锡志(1991—), 男, 广东湛江人, 硕士研究生, 主要从事计算力学与岩土工程仿真研究。E-mail:xzquan280@qq.com

    通讯作者:

    黄文雄(E-mail:wh670@hhu.edu.cn)

  • 中图分类号: TV641.4

Effects of width-height ratio of river valley on shear strength of clay layer in high core rockfill dams

  • 摘要: 掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层, 以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响, 经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布, 并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明, 心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大, 在接近坝底附近达到最大值; 剪应力自坝顶向下先增后减, 最大值发生在坝底向上约1/5坝高处, 当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则, 心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏; 岸坡面中上部强度较低, 当岸坡角达到或超过45°时, 上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比, 实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全, 中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此, 给出了岸坡角45°临界值, 在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时, 建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。
  • 图  1  堆石坝典型横剖面(单位:m)

    Figure  1.  Typical cross-section of rockfill dam (unit:m)

    图  2  不同河谷宽高比计算方案示意(单位:m)

    Figure  2.  Schematic diagram of calculation schemes with different width-height ratios (unit:m)

    图  3  心墙底面剪应力沿坝轴线的分布

    Figure  3.  Distribution of axial shear stress at bottom of core wall

    图  4  心墙底面正应力沿坝轴线的分布

    Figure  4.  Distribution of axial normal stress at bottom of core wall

    图  5  顺河向剪应力随距离的分布

    Figure  5.  Distribution of downstream shear stress along with thickness of core wall

    图  6  顺河向正应力随距离的分布

    Figure  6.  Distribution of downstream normal stress along with thickness of core wall

    图  7  岸坡向剪应力分量沿高程分布

    Figure  7.  Distribution of slope-direction shear stress along with elevation

    图  8  顺河向剪应力分量沿高程分布

    Figure  8.  Distribution of downstream shear stress along with elevation

    图  9  1 306 m高程岸坡向剪应力分量沿心墙厚度的变化

    Figure  9.  Distribution of slope-direction shear stress along with thickness of core wall (1 306 m)

    图  10  1 306 m高程河流向剪应力分量沿心墙厚度的分布

    Figure  10.  Distribution of downstream shear stress along with thickness of core wall (1 306 m)

    图  11  心墙岸坡中心线上总剪应力随高程的分布

    Figure  11.  Distribution of total shear stress along with elevation on centerline of bank slope

    图  12  心墙岸坡中心线上正应力随高程的分布

    Figure  12.  Distribution of normal stress along with elevation on centerline of bank slope

    图  13  1 306 m高程总剪应力沿心墙厚度的分布

    Figure  13.  Distribution of total shear stress along with thickness of core wall (1 306 m)

    图  14  1 306 m高程正应力沿心墙厚度的分布

    Figure  14.  Distribution of normal stress along with thickness of core wall (1 306 m)

    图  15  总剪应力与岸坡坡角的关系

    Figure  15.  Relationship between total shear stress and angle of slope

    图  16  三向应力状态应力圆

    Figure  16.  Stress circle of three dimensional stress state

    图  17  黏土料排水三轴剪强度包络

    Figure  17.  Drainage triaxial shear strength envelope of clay material

    图  18  R与高程之间的关系

    Figure  18.  Relationship curves between R and elevation

    图  19  1 358 m高程R沿心墙厚度的分布

    Figure  19.  Distribution of R along with thickness of core wall (1 358 m)

    表  1  有限元数值计算方案

    Table  1.   Computation cases for numerical analysis

    计算方案 河谷宽高比 岸坡角 岸坡坡度
    方案1 5.523 23.71° 1:2.277
    方案2 4.431 30.00° 1:1.731
    方案3 3.338 40.17° 1:1.185
    方案4 2.646 50.00° 1:0.838
    方案5 2.123 60.00° 1:0.577
    方案6 -左岸 4.431 23.71° 1:2.277
    -右岸 40.17° 1:1.185
    方案7 平面应变
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    表  2  主堆石料邓肯-张E-B模型参数

    Table  2.   Duncan-Chang E-B model parameters of main rockfill materials

    材料 K n Rf c/kPa φ0 Δφ0 Kb m Kur Pa/kPa ρ/(g·cm-3)
    掺砾黏土心墙 631 0.17 0.63 104 42 15.6 602 0.21 1 211 100 1.89
    上游堆石料 1 465 0.19 0.79 97 49 9.7 805 0.03 2 397 100 2.18
    下游堆石料 1 446 0.14 0.81 98 48 8.7 776 0.09 2 385 100 2.18
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-26
  • 刊出日期:  2018-06-01

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