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坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响

李炎隆 张宁 曹智昶 宫晓华

李炎隆, 张宁, 曹智昶, 宫晓华. 坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响[J]. 水利水运工程学报, 2019, (1): 11-17. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.002
引用本文: 李炎隆, 张宁, 曹智昶, 宫晓华. 坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响[J]. 水利水运工程学报, 2019, (1): 11-17. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.002
LI Yanlong, ZHANG Ning, CAO Zhichang, GONG Xiaohua. Influence of concrete heel shape on stress and deformation of concrete slab of a dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (1): 11-17. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.002
Citation: LI Yanlong, ZHANG Ning, CAO Zhichang, GONG Xiaohua. Influence of concrete heel shape on stress and deformation of concrete slab of a dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (1): 11-17. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.002

坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.002
基金项目: 

国家自然科学基金优秀青年科学基金项目 51722907

国家自然科学基金面上项目 51579207

详细信息
    作者简介:

    李炎隆(1980—),男,山东莱州人,教授,主要从事水工结构静动力分析与安全评价研究。E-mail:liyanlong@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: TV641.4

Influence of concrete heel shape on stress and deformation of concrete slab of a dam

  • 摘要: 镶嵌混凝土面板堆石坝是一种可以改善高面板堆石坝应力变形的新坝型。利用平面有限元法分析计算不同坝踵混凝土结构高度、下游坡比、趾板位置时面板的应力变形和周边缝变位,进而探究镶嵌混凝土面板堆石坝中坝踵混凝土结构对面板应力变形的影响。结果表明:当坝踵混凝土结构高度从坝高的27%增加到坝高的40%时,面板的挠度和顺坡向应力都大幅减小;坝踵混凝土结构的下游坡比从1:0.4放缓到1:0.7时,面板应力变形变化幅度较小;趾板位置在坝踵混凝土顶部从下游向上游移动时,面板与趾板之间的周边缝张开变位和错动变位大幅减小了68.7%和85.8%。说明设置坝踵混凝土结构可有效改善面板的应力变形。
  • 图  1  扬压力等效模拟

    Figure  1.  Equivalent simulation of uplift pressure

    图  2  镶嵌面坝堆石坝基本剖面(单位:m)

    Figure  2.  Basic profile of inlaid CFRD of Scheme one(unit:m)

    图  3  计算模型及坐标系

    Figure  3.  Finite element model and coordinate system

    图  4  趾板相对位置

    Figure  4.  Schematic diagram of relative position of toe plate

    图  5  不同坝踵混凝土高度下面板挠度分布

    Figure  5.  Deflection of face slab with different heights of concrete dam heel

    图  6  不同坝踵混凝土高度下面板顺坡向应力分布

    Figure  6.  Stress distribution of face slab along slope with different heights of concrete dam heel

    图  7  不同下游坡比时面板挠度分布

    Figure  7.  Deflection of face slab with different ratios of downstream slope

    图  8  不同下游坡比时面板顺坡向应力分布

    Figure  8.  Stress distribution of face slab along slope with different ratios of downstream slope

    图  9  不同趾板位置下面板挠度分布

    Figure  9.  Deflection distribution of face slab with different concrete heel positions

    图  10  不同趾板位置下面板顺坡向应力分布

    Figure  10.  Stress distribution of face slab along slope with different concrete heel positions

    表  1  筑坝材料邓肯-张E-B模型参数

    Table  1.   Parameters of Duncan-Chang model (E-B) of dam materials

    坝料 Ρd/(kg·m-3) φ0 c/MPa k n Rf kb m Kur
    垫层料 2 250 54.8 0 1 023.3 0.32 0.61 500.0 0.25 2 046.6
    过渡层料 2 170 56.2 0 1 438.6 0.23 0.72 791.5 0.02 2 877.2
    主堆石料 2 150 56.6 0 1 412.5 0.22 0.72 772.2 0.04 2 825.0
    次堆石料 2 150 52.2 0 800.0 0.26 0.62 400.0 0.29 1 600.0
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    表  2  计算方案

    Table  2.   Calculation schemes

    计算方案 坝踵混凝土结构 趾板位置
    高度/m 上游坡比 下游坡比
    方案1 40 1:0.2 1:0.7 a=0, b=50 cm, c=50 cm
    方案2 50 1:0.2 1:0.7 a=0, b=50 cm, c=50 cm
    方案3 60 1:0.2 1:0.4 a=0, b=50 cm, c=50 cm
    方案4 60 1:0.2 1:0.5 a=0, b=50 cm, c=50 cm
    方案5 60 1:0.2 1:0.7 a=30 cm, b=70 cm, c=0
    方案6 60 1:0.2 1:0.7 a=20 cm, b=70 cm, c=10 cm
    方案7 60 1:0.2 1:0.7 a=10 cm, b=70 cm, c=20 cm
    方案8 60 1:0.2 1:0.7 a=0, b=70 cm, c=30 cm
    方案9 60 1:0.2 1:0.7 a=0, b=50 cm, c=50 cm
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    表  3  各方案面板应力变形结果

    Table  3.   Summary of stress and deformation results of panel

    计算方案 挠度/cm 顺坡向应力/MPa 周边缝变位/cm
    压应力 拉应力 张开 错动
    不同坝高 方案1 29.11 7.43 1.42 6.38 2.76
    方案2 25.44 6.17 1.38 6.11 2.72
    方案9 21.68 3.91 1.28 5.02 2.54
    不同坡比 方案3 24.72 6.15 1.32 5.89 2.69
    方案4 23.44 5.70 1.29 5.53 2.63
    方案9 21.68 3.91 1.28 5.02 2.54
    不同趾板位置 方案5 20.99 2.85 0.51 16.03 17.86
    方案6 20.47 3.05 0.74 9.92 6.92
    方案7 21.07 3.57 0.88 8.97 5.58
    方案8 21.18 3.83 1.21 7.06 3.07
    方案9 21.68 3.91 1.28 5.02 2.54
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-24
  • 刊出日期:  2019-02-01

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