混凝土面板砂砾石坝渗流特性及应力变形研究
混凝土面板砂砾石坝是以砂砾石料作为主要筑坝材料的一种堆石坝坝型。试验表明，砂砾石料作为堆石坝的填筑材料具有很大的优越性，无论在饱和还是潮湿状态下，其压缩变形都较小，压实后具有较低的孔隙率和较高的变形模量。此外，它还具有造价低、便于施工和可充分利用当地天然材料等优点。但与爆破堆石料相比，砂砾石料属于中等透水材料，很难达到自由排水的要求，其渗透稳定性相对要差一些。因此，如何根据砂砾石料的工程特性，针对不同的坝体分区型式，准确合理地评价面板砂砾石坝的渗流特性及应力变形特性，对面板砂砾石坝的设计和运行管理具有重要意义。
首先，本文结合部分有代表性的砂砾料工程试验成果，分析了砂砾料的工程特性。通过两个已建面板砂砾石坝工程实例，对其坝体分区型式、各个分区的坝料选择及其填筑标准和相应的大坝运行监测情况进行了系统分析。在此基础上，结合其它已建工程实例，对面板砂砾石坝的坝体分区型式和各区坝料设计标准进行了分析研究，总结提出了面板砂砾石坝两种合理可行的坝体分区型式。
其次，以达西定律为理论基础，系统地阐述了混凝土面板砂砾石坝渗流有限元计算的基本原理，建立了面板砂砾石坝的渗流计算有限元模型，并考虑了坝坡安全稳定性。再者，根据砂砾石料的材料特性，建立了砂砾石料的本构模型；结合面板砂砾石坝的结构特点，探讨了面板砂砾石坝应力变形有限元计算中特殊边界模拟等问题，并对这些问题如何在ADINA软件中实现进行了分析和研究。
最后，结合乌鲁瓦提水利枢纽面板砂砾石坝工程，对坝体内设排水区和不设排水区两类分区型式分别进行了渗流计算和坝坡稳定分析。获得了渗流量、浸润线、总水头等值线、速度矢量等渗流计算结果，以及大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数和最危险滑动面。根据不同坝体分区型式的计算结果的对比分析可以看出，对于面板砂砾石坝来说，在填筑材料不能满足自由排水时，在坝体内设置排水体是必要的，而且对坝坡的稳定也是有利的；同时，利用ADINA软件建立三维应力变形有限元模型，进行了大坝竣工期和蓄水期的应力变形计算，获得了各期大坝应力变形的分布规律。通过与原型观测结果的对比分析，说明了本文关于大坝渗流及应力变形计算结果的准确性及合理性。
本文所获研究成果，对于工程实际具有一定的应用价值。本文关于面板砂砾石坝坝体分区型式、渗流特性及应力变形特性等的研究方法，对于类似工程问题的研究解决具有较好的借鉴意义。
混凝土面板砂砾石坝;分区型式;应力变形;渗流特性
西安理工大学
硕士
水工结构工程
王瑞骏
2011
中文
TV641.43
87
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）