不同工況下重力壩應(yīng)力位移規(guī)律淺析

樊 凜

（中國建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施有限公司，北京市100044）

0 引言

對于典型的重力壩結(jié)構(gòu)，不同壩高、壩體和壩基模量比情況下，壩體的應(yīng)力和位移情況不盡相同，為探索相關(guān)規(guī)律，得出何種壩高、壩體和壩基彈性比對壩體穩(wěn)定性更為有利。筆者通過對不同工況條件下的壩體應(yīng)力及位移進(jìn)行分析，提出了保證壩體穩(wěn)定性的相關(guān)建議。

1 模型建立

1.1 模型尺寸

三種模型壩高分別為50 m、100 m、200 m，其他尺寸成比例變化，見圖1。

圖1 三種模型示意圖

1.2 模型參數(shù)

壩體密度ρc=2400 kg/m3，泊松比0.167，壩基巖體密度ρ=2200 kg/m3，泊松比0.2；壩體采用C20混凝土、彈性模量為2.6×1010Pa，壩基彈性模量分別為5.2×1010Pa、2.6×1010Pa、1.3×1010Pa。

1.3 工況分析

考慮壩體自重和上游滿庫水壓。

2 計算與分析

2.1 壩高成比例增加壩體應(yīng)力位移變化規(guī)律

通過比較相同壩基彈性模量（5.2×1010Pa）、壩高分別為50 m、100 m、200 m 情況下的大主應(yīng)力、小主應(yīng)力、水平位移和豎向位移，可得到以下規(guī)律：

2.1.1 大主應(yīng)力

由圖2 可知，大主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同，但是隨著壩高增加，大主應(yīng)力的值也不斷增加，且近似為2.7 倍的關(guān)系增大。

圖2 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加大主應(yīng)力變化規(guī)律

2.1.2 小主應(yīng)力

由圖3 可知，小主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同，但是隨著壩高增加，小主應(yīng)力的值也不斷增加，但是增大的比例不足2.1 倍。

圖3 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加小主應(yīng)力變化規(guī)律

2.1.3 水平位移

由圖4 可知，水平位移的分布規(guī)律基本相同，但是隨著壩高增加，水平位移的值也不斷增加，且增大的比例約為4 倍。

圖4 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加水平位移變化規(guī)律

2.1.4 豎向位移

由圖5 可知，豎向位移的分布規(guī)律基本相同，但是隨著壩高增加，豎向位移的值也不斷增加，且增大的比例約為4 倍。

圖5 相同壩基彈性模量、壩高成比例增加豎向位移變化規(guī)律

2.2 壩基彈性模量成比例降低壩體應(yīng)力位移變化規(guī)律

通過比較相同壩高（50 m）、壩基彈性模量分別為、、情況下的大、小主應(yīng)力、水平位移和豎向位移，可得到以下規(guī)律：

2.2.1 大主應(yīng)力

由圖6 可知，大主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同，但是隨著地基巖石彈性模量的成比例減小，大主應(yīng)力的值略有減小。

圖6 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低大主應(yīng)力變化規(guī)律

2.2.2 小主應(yīng)力

由圖7 可知，小主應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同，但是隨著壩基彈性模量成比例降低，小主應(yīng)力略有增加。

圖7 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低小主應(yīng)力變化規(guī)律

2.2.3 水平位移

由圖8 可知，水平位移分布規(guī)律基本相同，但隨著壩基彈性模量成比例降低，水平位移近似成倍增加。

圖8 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低水平位移變化規(guī)律

2.2.4 豎向位移

由圖9 可知，豎向位移的分布規(guī)律基本相同，但是隨著地基巖石彈性模量的成比例減小，豎向位移的值不斷增加，但是增大的比例不到1.6 倍。

圖9 相同壩高、壩基彈性模量成比例降低豎向位移變化規(guī)律

3 結(jié) 論

通過對不同壩高、壩體和壩基彈性模量比下壩體應(yīng)力和位移的變化規(guī)律進(jìn)行分析，可得出以下結(jié)論：

（1）隨著壩體高度成比例增加，壩體大主應(yīng)力、小主應(yīng)力、水平位移和豎向位移均有明顯增加，尤其是水平和豎向位移按4 倍左右的比例增加，因而在滿足其他要求的基礎(chǔ)上，壩體高度應(yīng)相對較小。

（2）隨著壩基彈性模量成比例降低，壩體水平位移和豎向位移按不足2 倍的比例增加，但壩基變形模量過高，會引起壩踵的拉應(yīng)力集中，因而在壩軸線選擇及地基處理時，應(yīng)選擇與壩體剛度差不多地基，即Ec≈Ey。