超规范沥青混凝土心墙坝受力可行性分析

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沥青混凝土心墙坝是一种新兴的坝体结构具有诸多的优点,在大坝建设中,沥青混凝土心墙作为大坝的防渗系统在全世界范围内已得到广泛的运用。随着水电工程的快速发展,国内外出现很多心墙高度在150m以上的沥青混凝土心墙坝,而150m是《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》DL/T5411-2009对沥青混凝土心墙坝适用的最大高度,目前国内外还没有超规范高度的心墙坝工程实例。本文以西藏某心墙高为190m的沥青混凝土心墙坝为工程背景,进行超规范沥青混凝土心墙坝的受力分析,本文将进行以下的研究内容:  (1)首先分析心墙坝处于不同时期的受力特点。采用设计期材料参数应用土力学理论及摩尔库伦极限平衡条件计算不同高度心墙底部的应力水平,分析心墙上应力水平的变化规律,判断190m高心墙的受力可行性与沥青混凝土心墙坝修建的合理性。  (2)本文以设计材料参数计算的150m高心墙底部的应力水平作为判断心墙受力安全的标准,改进材料参数使190m高沥青混凝土心墙底部的应力水平处于此标准内,综合考虑沥青混凝土心墙与大坝堆石体材料的施工可操作性、材料自身稳定性,确定满足沥青混凝土心墙受力安全的材料参数。  (3)应用ANSYS有限元数值分析软件分别对沥青混凝土心墙高为150m、190m的心墙坝进行静力计算,分析心墙及坝体的应力、变形规律。最终通过沥青混凝土心墙及坝体的应力水平进一步确定190m高沥青混凝土心墙坝的受力可行性。  (4)对沥青混凝土心墙高为190m的心墙坝蓄水期进行拟静力数值计算,分析蓄水期沥青混凝土心墙及大坝堆石体的受力变形,通过蓄水期心墙及坝体的应力水平分析190m高沥青混凝土心墙坝在地震动力过程中的受力特性。  通过以上分析,由力学解析结果判断超规范沥青混凝土心墙坝,施(竣)工期、蓄水期心墙迎水面的应力水平,均可以满足心墙受力安全的要求,蓄水期沥青混凝土心墙背水面的应力水平可通过调整材料参数使其应力水平进一步降低。有限元计算结果表明沥青混凝土心墙及坝体在静动力情况下均可满足受力的安全要求,但是心墙顶部会出现小范围的拉应力区,在心墙坝的修建过程中注意控制此拉应力的进一步扩展、提高大坝堆石体的密实度、加强坝体的整体强度。由以上分析得出修建心墙高为190m的沥青混凝土心墙坝是可行的,此结论对实际工程中类似的超规范沥青混凝土心墙坝具有一定的参考意义。
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