除险加固土石坝的渗流场和应力场耦合分析研究

论文摘要

土石坝由土、石料等当地材料填筑而成,其历史最为悠久,在世界坝工建设中是应用广泛和发展最快的一种坝型。目前,全国已经建成的各类水库十余万座,其中相当大部分是土石坝。但是由于在勘测、设计、施工、管理运行中存在的一些问题,导致不少水库和堤坝存在不同程度的隐患,既影响工程的经济效应,也容易引发安全事故,给国家和人民的生命财产构成巨大威胁。上石坝设计应合理的安排防、排渗措施,有时通过渗流计算来确定坝型和坝的断面尺寸；上石坝运行时,渗流条件很难符合设计时预想的一样,而是不断变化的,因此有必要通过渗流计算来对土石坝的稳定性做分析,甚至设置必要的除险加固措施。混凝土防渗墙技术在工程上的合理应用,对土石坝防渗效果有着一定的帮助,但混凝土防渗墙在设计和理论研究方面还不是很成熟,在许多的工程实际中,暴露出出许多问题。土石坝填筑及蓄水工况下,防渗墙所受作用力复杂,目前大多数采用的是有限元对防渗墙受力特性进行分析。但是,一般有限元计算出的防渗墙应力和变形与实际存在较大偏差,且所受拉应力较大,而实际测量值与理论计算值有较大出入,这对混凝土防渗墙的受力特性有待深一步的研究。考虑渗流场和应力场耦合对于土石坝的受力分析有重要意义,将渗流场和应力场分离对土石坝进行分析研究都是存在偏差的,且与实际工程的测量值出入较大,因此,把渗流场和应力场作为一个复合系统,分析研究土石坝渗流场和应力场耦合下的受力作用,是十分有必要的。本文参考一个除险加固的工程实例,考虑渗流场和应力场间的耦合,对土石坝加固前、后的坝体受力作用进行计算分析。并考虑了防渗墙在水平方向位置变化对土石坝坝体受力产生的影响,在此基础上通过计算对比得出一些结论,希望对类似的除险加固的土石坝的受力特性分析提供一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 土石坝工程的发展现状
• 1.1.1 国外土石坝的发展现状
• 1.1.2 国内土石坝的发展现状
• 1.1.3 江西省土石坝发展现状
• 1.2 土石坝及防渗墙的研究现状
• 1.2.1 土石坝目前存在的问题
• 1.2.2 土石坝的防渗加固措施
• 1.2.3 防渗墙的发展现状及受力变形分析
• 1.3 渗流场和应力场耦合的发展趋势
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 土石坝计算分析的基本理论
• 2.1 有限单元法
• 2.2 土石坝中有限元的应用
• 2.2.1 混凝土防渗墙本构模型
• 2.2.2 土石坝土体本构模型
• 2.3 土体与防渗墙之间的接触
• 2.4 土石坝渗流场和应力场的耦合分析
• 2.4.1 渗流场与应力场相互影响
• 2.4.2 渗流场对应力场的作用机理
• 2.4.3 应力场对渗流场的作用机理
• 2.5 渗流场和应力场的耦合方法
• 2.6 渗流和应力分析的有限元分析
• 2.6.1 渗流分析
• 2.6.2 应力分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 工程实例计算及分析
• 3.1 北槎垅水库除险加固工程简介
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 工程处理
• 3.1.3 选取计算断面
• 3.2 有限元模型及材料参数
• 3.2.1 有限元模型
• 3.2.2 材料参数
• 3.2.3 边界条件及荷载
• 3.3 土石坝的渗流计算
• 3.4 土石坝加固前（无防渗墙）的位移与应力
• 3.5 土石坝加固后（有防渗墙）的坝体位移应力
• 3.6 防渗墙水平方向前移3.4m后的坝体位移应力
• 3.7 本章小结
• 第4章 土石坝在渗流场和应力场耦合下的分析
• 4.1 耦合场下加固前（没有防渗墙）的坝体位移应力
• 4.2 耦合场下加固后（有防渗墙）的坝体位移应力
• 4.3 耦合场下防渗墙在水平方向前移3.4m的坝体位移应力
• 4.4 耦合前、后的坝体受力分析对比
• 4.4.1 耦合前、后的坝体受力分析对比
• 4.4.2 耦合前、后的坝体受力分析对比（有防渗墙）
• 4.4.3 耦合前、后的坝体受力分析对比（防渗墙前移3.4m）
• 4.5 结论
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献