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某水电站砾石土心墙堆石坝心墙拱效应监测分析.pdf

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    水电站 砾石 土心墙堆石坝心墙拱 效应 监测 分析
    资源描述:
    第5 3 卷第5 期 2 0 1 7 年5 月 甘肃水利水电技术 G A N S UW A T E RR E S O U R C E SA N DH Y D R O P O W E RT E C H N O L O G Y V 0 1 5 3 N o 5 M a y ,2 0 1 7 设计与研究 某水电站砾石土心墙堆石坝心墙拱效应监测分析 王开明王海军 ( 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都6 1 0 0 7 2 ) 摘要:心墙拱效应会显著降低大坝心墙竖向应力,在土石坝蓄水后,水压力超过土中应力时容易诱发水力劈裂,破坏大 坝结构安全。该文以某水电站砾石土心墙堆石坝施工期心墙土压力监测资料为基础,对心墙土压力的时间及空间变化 特征进行了分析,认为心墙在15 2 0 16 2 0m 高程段拱效应明显,土压力等值线基本呈“v ”字形,即坝轴线处拱效应最 强,向坝壳方向递减。 关键词:心墙;拱效应;监测;堆石坝 中图分类号:T V 6 4 1 4 ;T V 6 9 8 1文献标志码:B文章编号:2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 7 ) 0 5 0 0 2 3 0 3 1 前言 近年来,中国高土石坝迅速发展,2 0 0I l l 甚至 3 0 0m 级的高坝已经建成或正在建设中。土石坝设 计施工过程中,心墙拱效应一直是工程界普遍关注 的问题。心墙拱效应会显著降低大坝心墙竖向应 力,在土石坝蓄水后,水压力超过土中应力时容易 诱发水力劈裂,严重时会形成集中渗漏,破坏大坝 结构安全 1 - 2 】。因此,合理评估心墙拱效应显得十分 必要。 早在1 8 8 4 年,英国科学家R o b e r s t 首次发现了 “粮仓效应”:粮仓底面所承受的力在粮食堆积高到 一定程度后达到最大值并保持不变,这就是通常所 说的土拱效应。1 9 4 3 年,T e r z a g h i 通过著名的活动门 试验证实了土力学领域土拱效应的存在,并得出其 存在条件:土体之间产生不均匀位移或相对位移;作 为支撑拱脚的存在 3 1 。 该文以某水电站砾石土心墙堆石坝施工期心墙 土压力监测资料为基础,从时间及空间变化特征对 心墙土压力进行阐述,并对心墙拱效应状况予以分 析,以期更深入地了解高心墙堆石坝拱效应。 2 工程概况及监测布置 某水电站拦河大坝为砾石土心墙堆石坝,防渗 体采用砾石土直心墙形式,坝壳采用堆石填筑,心墙 与h 、下游坝壳堆石之间设有反滤层、过渡层。坝体 建基面最低高程14 5 7 0 0m ,最大坝高2 4 0I n ,坝顶 长度5 0 2 8 5r f l ,砾石土直心墙顶高程16 9 6 4m , 顶宽6I T I ,上、下游坡均为1 :0 2 5 ,心墙底高程 14 5 7 0 0m ,最大底宽1 2 5 7I T I 。由于坝线两岸岸坡陡 峻,心墙与岸坡接触部位填筑高塑性黏土以协调二 者之间的变形,高塑性黏土水平厚度3 。4m 。大坝 于2 0 1 6 年9 月完成填筑。 该水电站大坝心墙应力的监测主要采用土压力 计,分别布置于( 纵) 0 + 1 3 7 0 0 、( 纵) 0 + 1 9 3 0 0 、( 纵) 0 + 2 5 3 7 2 、( 纵) 0 + 3 3 0 0 0 和( 纵) 0 + 3 9 4 0 0 断面,典型 监测断面仪器埋设情况如图1 所示,图中“E ”代表 土压力,数字代表仪器编号。 攫1 善 藩忏砸短。龄= l 。 1。4。8。0。J一iiIiji:li;2ll!;i;!:;lil;llli垒: 收稿日期:2 0 1 7 0 5 一0 1 作者简介:王开1 弭( 1 9 8 5 一) ,男( 苗族) ,贵州都匀人,工程师,硕士,主要从事大坝安全监测、施工组织与管理,E m a i l :2 7 6 1 0 7 5 3 0 q q c o m 。 2 3 万方数据 2 0 1 7 年第5 期 甘肃水利水电技术 第5 3 卷 3 心墙拱效应特征分析 3 1时间及空间特征分析 大坝填筑过程中,坝壳料沉降速度快,大部分沉 降在短时间内完成;而心墙排水固结会持续较长时 间,即在填筑完成后,仍有一定量值的后续沉降。由 于心墙沉降相对坝壳沉降滞后,使得坝壳料类似一 个拱脚,这种变形不协调会引起心墙应力的重新分 配,部分心墙应力传递到两侧坝壳,从而使坝壳应力 增加,心墙尤其是坝轴线处应力减小,形成心墙拱效 应。 由土压力监测结果图2 可知,14 6 0m 高程心墙 土压力与填筑高度即上覆土柱自重具有良好正相关 性,随填筑高程增加而增加,在初始填筑过程中心墙 土压力增幅与理论土压力基本一致;但在填筑高程 升高至16 2 0m 高程后,心墙土压力增幅明显减小, 表明心墙各高程拱效应逐渐显现,约束了上部土体 应力向下传递。 l lJ lI IJ 1 - 【-1r 一 【t l ”J l I 州时( 年一H 一 | ) 图214 6 0m 高程心墙土压力过程线 由土压力监测结果图3 可知,15 8 0m 高程靠近 坝壳料的心墙土压力接近或略大于理论土压力,而 坝轴线处明显小于理论土压力,心墙拱效应明显,坝 壳作为拱座承担拱应力。 l r 0 0 6t ) H 【:1 ) 7 j bu 卜z n h 【j ,一 n 圳j “年 1 图315 8 0m 高程心墙土压力过程线 由心墙土压力等值线( 图4 ) 可知,在顺河向,同 高程靠近坝壳料的心墙土压力相对较大,坝轴线处 2 4 心墙土压力相对较小,该规律在15 2 0 16 2 0m 高 程( 1 3 。2 3 坝高) 表现尤为显著,土压力等值线基 本呈“v ”字形,表明该高程段心墙拱效应较强,建基 面附近心墙拱效应表现不明显。基于前述土拱效应 存在的条件即土体之间产生不均匀位移或相对位 移,结合心墙沉降资料,最大沉降量出现1 3 1 2 坝高之间,建基面附近沉降变形相对较小,所产生的 不均匀位移也较小,因此,拱效应不明显。 坝桩号m 图4 ( 纵) 0 + 2 5 3 7 2 断面心墙土压力等值线图 图5 为坝轴线剖面心墙土压力等值线,在坝轴 向,15 2 0 15 8 0 m 高程河床段心墙,也存在一定的 拱效应现象,但相较于顺河向,其拱效应明显弱得 多;15 8 0m 高程以上则无明显拱效应,表明心墙与 岸坡接触部位的高塑性黏土起到了协调变形作用, 使得心墙沿坝轴向的沉降较为均匀,有效降低了拱 效应。 1 蠢, 枢 1 1 o 5 0 l O O1 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 0 纵桩号m 图5 沿坝轴线剖面,厶墙土压力等值线图 万方数据 第5 期 王开明,等:某水电站砾石土心墙堆石坝心墙拱效应监测分析 第5 3 卷 3 2 拱效应系数分析 为定量分析心墙拱效应强弱,文献 4 定义单元 竖向应力与单元上方土条的自重的比值参数为心墙 应力拱效应系数,简称拱效应系数,即 R = o , ( y h ) 式中:R 拱效应系数( 拱效应系数R 越小,表示 拱效应越强) ; 盯- 实测竖向土压力; 伽理论土压力; 广土体重度; 上覆土体厚度。 采用该方法计算了较为明显的15 1 3m 、15 8 0m 高程各土压力测点处的心墙拱效应系数( 表1 ) 。两 个高程拱效应表现出相似的规律,即拱效应最强部 位是坝轴线处,拱效应系数在0 2 左右,实测土压力 明显小于理论土压力;靠近坝壳料拱效应系数最大 为1 2 5 ,即实测土压力大于理论土压力,表明坝壳料 承担了心墙传递过来的部分应力。 表1 ( 纵) 0 + 2 5 3 7 2 断面心墙拱效应系数 4 结论0 2 左右,靠近坝壳料拱效应系数最大为1 2 5 ,坝壳 通过对某水电站砾石土心墙堆石坝心墙土压力料承担了心墙传递过来的部分应力。 监测资料的分析,认为大坝在填筑至16 2 0m 高程 参考文献: 后,建基面附近心墙土压力增幅明显减小,心墙各高 13 殷宗泽,朱俊高,袁俊平,等心墙堆石坝的水力劈裂分析 程拱效应逐渐显现。顺河向,心墙在l5 2 0 16 2 0m 阴冰利学报, 2 0 0 6 ,3 7 ( 1 1 ) :1 3 4 8 1 3 5 3 高程( 1 ,3 2 3 坝高) 拱效应明显,土压力等值线 陉1 要曩嚣i 淼超高9 ) :1 心3 8 - 墙堆1 4 5 石衄拱效应分彻冰 基本呈“V ”字形,即坝轴线处拱效应最强,向坝 3 宫必宁,童蕾,牛志国土石坝工程的拱效应分析叨东北 壳方向递减。坝轴向,拱效应明显较弱,15 8 0i n 水利水电,2 0 0 4 ,2 2 ( 1 2 ) :1 4 1 5 高程以上贝无明显拱效应。( 纵) 0 + 2 5 3 7 2 断面 4 张继宝,陈五一,李永红,等双江口土石坝心墙拱效应分 15 1 3m 、l5 8 0I n 高程坝轴线处心墙拱效应系数在 析阴岩土力学,2 0 0 8 ,2 9 ( 1 1 ) :1 8 5 1 8 8 甘肃省抗旱防汛指挥部召开全省安全度汛视频会议 为深入贯彻落实近期李克强总理和林铎书记、唐仁健省长关于防汛抗旱减灾工作的重要批示精神及2 0 1 7 年全国水库安全度汛视频会议、 黄河防总防汛抗旱会议精神,5 月2 5 日,甘肃省抗旱防汛指挥部召开全省安全度汛视频会议,对今年抗旱防汛工作进行再安排、再部署。甘肃 省水利厅副厅长、甘肃省抗旱防汛指挥部秘书长张天革出席会议并讲话,张世华副巡视员主持会议。会议通报了甘肃省抗旱防汛指挥部、甘肃 省水利厅工作组赴各地督查检查情况,分析了当前防汛工作中存在的问题、隐患和薄弱环节,对全省安全度汛工作进行了安排部署。 ( 来源:甘肃省水利网2 0 1 7 0 5 2 5 ) 2 5 万方数据
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