混凝土面板堆石坝温度应力与干缩应力及渗流特性研究

论文摘要

现代混凝土堆石坝的发展趋势是坝越建越高、工程规模越来越大。由于施工技术水平的提高，混凝土面板的施工逐渐向采用滑模连续浇筑、取消水平缝或将水平缝按施工缝处理的方向发展，因此，混凝土面板的防裂问题就成为决定混凝土面板堆石坝安全性的一个关键技术难题。工程实践经验表明，面板裂缝尤其是贯穿性裂缝的产生主要是由于温度应力和干缩应力引起的；在面板产生裂缝及其接缝止水发生破坏的情况下，面板堆石坝的渗透破坏问题也相应将十分突出。但目前国内外对于混凝土面板堆石坝面板温度应力、干缩应力以及面板坝渗流特性问题的研究还未引起足够的重视，或者研究的深度还十分有限。本文结合两座已建的高面板堆石坝工程，对混凝土面板裂缝的成因及其影响因素进行了系统分析。在对混凝土面板温度变形及干缩变形特性进行全面分析的基础上，对混凝土面板的温控及湿控防裂标准问题进行了研究和探讨，提出了确定混凝土面板温控及湿控防裂标准的原则和方法。在对前人提出的一般外荷载作用下接触摩擦单元理论的有效性、合理性及适用性进行分析的基础上，研究、建立了面板与垫层之间接触面的导热与导湿模型、温度应力与干缩应力的计算模型。在前人建立的混凝土温度场及温度应力、湿度场及干缩应力分析的数学模型的基础上，建立了混凝土温度干缩应力分析的数学模型。通过对混凝土面板的结构特点及施工特点的分析，研究建立了混凝土面板温度场与湿度场分析的物理模型、混凝土面板温度应力与干缩应力分析的力学模型，并对模型实施中的若干问题提出了相应的解决途径，从而形成了一套较为系统地进行混凝土面板温度应力与干缩应力分析的有限元方法。基于等宽缝隙水流运动规律，结合混凝土面板堆石坝的渗流机理，研究建立了面板接缝及面板裂缝的渗流计算模型，研究提出了密集裂缝型面板渗流计算的等效准连续介质模型，并对混凝土面板堆石坝的渗流计算模型及计算工况等问题进行了分析，提出了相应的解决方案。最后，结合一座已建的高面板堆石坝工程，进行了混凝土面板温度应力、干缩应力及温度干缩应力分析，并进行了坝体渗流特性分析，获得了混凝土面板温度应力、干缩应力及温度干缩应力的变化与分布规律，以及混凝土面板堆石坝的渗流规律。根据与实测资料的对比结果，说明本文所建立或提出的上述模型及方法是合理的，所获得的计算结果是较为准确的。本文的创新点包括：(1)根据混凝土面板的温度变形及干缩变形特性，研究提出了制定混凝土面板温控及湿控防裂标准的原则和方法。(2)建立了面板与垫层之间接触面导热与导湿的数学模型。(3)建立了面板与垫层之间接触面温度应力与干缩应力的计算模型。(4)研究形成了一套较为系统地进行混凝土面板温度应力与干缩应力分析的有限元方法。(5)建立了混凝土面板堆石坝的渗流计算模型。本文所建立或提出的上述模型及方法，为混凝土面板堆石坝面板温度应力、干缩应力及温度干缩应力的分析以及混凝土面板堆石坝的渗流分析奠定了必要的理论基础，所获得的分析成果对于类似工程具有重要的参考和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 研究背景及意义
• 1.1 国内外研究综述
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 拟研究的内容及研究方法
• 2 混凝土面板裂缝的成因及其影响因素
• 2.1 混凝土面板裂缝的实例分析
• 2.2 混凝土面板裂缝的成因及其影响因素
• 2.3 混凝土面板温度应力与干缩应力分析的关键问题
• 2.4 小结
• 3 混凝土面板的温控及湿控防裂标准
• 3.1 混凝土面板的温度变形特性
• 3.2 混凝土面板的干缩变形特性
• 3.3 混凝土面板的温控及湿控防裂标准问题
• 3.4 小结
• 4 面板与垫层之间接触面的导热与导湿模型
• 4.1 面板与垫层之间接触面的有限元模拟方式
• 4.2 外荷载作用下的接触摩擦单元理论
• 4.3 接触摩擦单元的导热与导湿模型
• 4.4 接触摩擦单元节点温度及湿度的数值解法
• 4.5 算例
• 4.6 小结
• 5 面板与垫层之间接触面温度应力与干缩应力的计算模型
• 5.1 接触摩擦单元温度应力的计算模型
• 5.2 接触摩擦单元干缩应力的计算模型
• 5.3 温度应力与干缩应力接触计算模型的实施
• 5.4 算例
• 5.5 小结
• 6 混凝土面板温度应力与干缩应力的分析方法
• 6.1 混凝土面板温度应力与干缩应力分析的传统方法
• 6.2 分析方法问题的提出
• 6.3 混凝土温度场及温度应力分析的数学模型
• 6.4 混凝土湿度场及干缩应力分析的数学模型
• 6.5 混凝土温度干缩应力分析的数学模型
• 6.6 混凝土面板的结构特点及施工特点
• 6.7 混凝土面板温度场与湿度场分析的物理模型
• 6.8 混凝土面板温度应力与干缩应力分析的力学模型
• 6.9 模型实施中的若干问题
• 6.10 小结
• 7 混凝土面板堆石坝的渗流计算模型
• 7.1 混凝土面板堆石坝的渗流机理
• 7.2 面板接缝的渗流计算模型
• 7.3 面板裂缝的渗流计算模型
• 7.4 密集裂缝型面板的渗流计算模型
• 7.5 面板堆石坝的渗流计算模型
• 7.6 面板堆石坝的渗流计算工况
• 7.7 小结
• 8 应用实例
• 8.1 公伯峡混凝土面板堆石坝工程概况
• 8.2 混凝土面板温度应力分析
• 8.3 混凝土面板干缩应力分析
• 8.4 混凝土面板温度干缩应力分析
• 8.5 面板堆石坝渗流特性分析
• 9 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间主持或参加科研项目一览
• 附录2 攻读博士学位期间公开发表论文一览