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1、第23卷第4期紅水河Vol.23，No.4沙牌高碾壓混凝土拱壩的超載與開(kāi)裂特性梁照江，何江達(dá)，許有飛，王開(kāi)云，李莉（四川大學(xué)水電學(xué)院，四川成都610065）摘要：沙牌拱壩是已建的世界級(jí)高碾壓混凝土拱壩，該文結(jié)合地形地質(zhì)條件、體形及結(jié)構(gòu)分縫型式，采用非線性有限元法研究了沙牌拱壩壩體的超載與開(kāi)裂特性，為壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：碾壓混凝土拱壩；超載；開(kāi)裂特性；非線性有限元；沙牌水電站中圖分類(lèi)號(hào)：TV313；TV642.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-408X（2004）04-0024-05多米。大壩采用全斷面通倉(cāng)碾壓方法施工，壩體上!工程概況升
2、速度快，混凝土散熱條件差，施工期與完建蓄水初沙牌水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶期壩體溫度問(wèn)題突出，這就要求壩體設(shè)置合理的溫川縣草坡河上。水庫(kù)正常蓄水位1866.0m，總庫(kù)度釋放縫，以改善壩體的應(yīng)力，限制溫度裂縫的發(fā)展容0.18億m3，電站總裝機(jī)36MW，年發(fā)電量1.79范圍。設(shè)計(jì)上提出了兩種分縫方案：即二條橫縫+億kW·h。沙牌樞紐工程主要由碾壓混凝土拱壩、二條誘導(dǎo)縫方案和四條誘導(dǎo)縫方案，并作為“九五”泄洪隧洞、引水發(fā)電隧洞及水電站等建筑物組成。攻關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了深入研究。計(jì)算分析和模型試驗(yàn)表碾壓混凝土拱壩的體形為三心圓單曲拱壩，最大壩明，二橫縫+二誘導(dǎo)縫
3、方案比四條誘導(dǎo)縫方案優(yōu)。高132.0m，壩頂厚9.5m，壩底厚28.0m，下設(shè)長(zhǎng)壩體平面及分縫布置見(jiàn)圖2。44.0m、高14.5m的混凝土墊座，上游壩面下部倒懸度0.12，下游壩面為折線。其弧高比2.13，厚高比0.238，最大中心角92.48，壩體混凝土總量約39.3萬(wàn)m3。壩體典型剖面見(jiàn)圖1。圖"拱壩分縫平面布置圖"計(jì)算模型的建立".!計(jì)算范圍及結(jié)構(gòu)離散整體模型計(jì)算范圍橫河向以拱壩中心線為界，圖!壩體剖面圖計(jì)算域左右壩肩范圍約1.6!1.7倍壩高，壩軸線上游側(cè)2／3倍壩高，下游側(cè)2.0倍壩高。鉛直向底部沙牌拱壩是目前世界上最高的碾壓混凝土拱取至1600.
4、0m高程，頂部延伸至地表，絕對(duì)高程壩，其壩體不完全對(duì)稱，右半拱比左半拱弧長(zhǎng)長(zhǎng)301600.0!1960.0m，相對(duì)高差360.0m，其中壩體收稿日期：2004-04-16基金項(xiàng)目：“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（96-220-02-01-03）作者簡(jiǎn)介：梁照江（1974-），男（土家族），重慶酉陽(yáng)人，碩士研究生，助理工程師，主要從事巖石力學(xué)與工程研究。24梁照江，何江達(dá)，許有飛，等：沙牌高碾壓混凝土拱壩的超載與開(kāi)裂特性建基面高程以下基巖的厚度135.0m，約1.0倍壩沙牌拱壩RCC混凝土彈性模量18.0>103高。Mpa，容重24.80kN／m3，抗壓強(qiáng)度24
5、.0Mpa，抗拉計(jì)算范圍涉及花崗巖、千枚巖、軟弱構(gòu)造帶Sc強(qiáng)度2.0Mpa，抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)f/=1.25，C/=等巖性，離散中壩體混凝土及壩肩（基）巖體采用空1.25Mpa（f=0.85，C=0.0），RCC混凝土膨脹間8節(jié)點(diǎn)六面體或四面體實(shí)體單元，壩體誘導(dǎo)縫采系數(shù)9.0>10-6／C，極限拉伸值0.9>10-4。用超級(jí)子結(jié)構(gòu)單元，壩體橫縫采用8節(jié)點(diǎn)夾層單元左右壩肩（基）巖體物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算選用值見(jiàn)模擬。表1。2.2計(jì)算參數(shù)表l沙牌RCC拱壩壩肩（基）巖體物理力學(xué)參數(shù)表抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)容重變模序號(hào)巖體分類(lèi)巖性及代號(hào)3泊松比C/CkN／mGpaf/f
6、MpaMpa41Ir0227.5011.00.231.151.00.750.042H-1r0227.509.00.250.950.850.60.043H-2Sc+r0227.506.00.270.850.60.550.044V-1r0227.504.50.300.650.350.500.045V-2S4+r0227.504.00.310.550.200.400.06V-3F1斷層26.003.00.320.550.150.450.07V-4Smax426.003.50.330.500.150.400.0強(qiáng)風(fēng)化8X25.000.40.350.350.020.3
7、50.0及斷層帶2.3壩體與誘導(dǎo)縫開(kāi)裂及剪切屈服條件2K=3C/／9+12tg/RCC拱壩結(jié)構(gòu)開(kāi)裂條件宏觀強(qiáng)度準(zhǔn)則：彈塑性本構(gòu)陣為：iifct（i=1，2，3）Dep=D-（1-i）Dp式中ii———實(shí)體單元高斯點(diǎn)主應(yīng)力；｛eF｝｛eF｝T／（A+｛eF｝T）D｛eF｝）Dp=DDeeeefct———三維應(yīng)力條件下RCC材料抗拉強(qiáng)度。1彈性區(qū)單元或卸載單元由于RCC拱壩結(jié)構(gòu)一般處于三向復(fù)雜應(yīng)力狀0塑性區(qū)i=態(tài)，分析中可能呈現(xiàn)單向、雙向及三向開(kāi)裂情況，近加載前F0，加載后F/0-F似認(rèn)為開(kāi)裂后材料變形模量?jī)H在開(kāi)裂方向減小至彈F/-F即過(guò)渡區(qū)單元性狀態(tài)的倍，則開(kāi)
8、裂后主應(yīng)變空間本構(gòu)陣：i誘導(dǎo)縫可能處于受拉區(qū)，也可能
