ISSN100020054CN1122223�N清华大学学报(自然科学版)JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2002年第42卷第10期2002,Vol.42,No.1023�36136521368柔性拱和软弱地基上的碾压混凝土拱坝刘光廷,徐增辉,李鹏辉(清华大学水利水电工程系,北京100084)收稿日期:2001208222基金项目:清华大学“九八五”科研基金资助项目作者简介:刘光廷(19302),男(汉),福建,教授。E2mail:gtliu@mail.tsinghua.edu.cn摘要:为改善软弱基础上修建碾压混凝土拱坝的结构设计,通过对水压和温度荷载作用下坝体的应力和位移分析,提出了适应软弱基础拱坝变位大但应力不恶化的“柔性拱”及简易止裂措施,已用于修建新疆石门子碾压混凝土拱坝。坝体设人工短缝加大拱的变位,可消减水压和温度作用下的拉应力集中;扩大拱座降低坝肩软弱岩面上的压应力和剪应力,拱座考虑侧约束减少拱座在水压作用下的变位,也增加坝肩绕渗途径。关键词:柔性拱;刚性拱;碾压混凝土拱坝;人工短缝;软弱基础;刚性基础中图分类号:TU502.1文献标识码:A文章编号:100020054(2002)1021365204FlexibleRCCarchdamonaweakfoundationLIUGuangting,XUZenghui,LIPenghui(DepartmentofHydraulicandHydropowerEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Analysesofthestressesanddisplacementsduetothehydraulicpressureandthermalloadwereusedtoimprovethestructuraldesignofarollercompactedconcrete(RCC)archdamonaweakfoundation.Aflexiblearchwithsimpleanti2crackmeasureswasaddedtoaccomodatethelargedeformationsofanarchdamonaweakfoundationwithoutincreasingthestresses.ThesemeasureswereusedtoconstructtheShimenziRCCarchdaminXinjiangUygurAutonomousRegion.Theartificialshortjointsinthedambodyincreasethearchdeformationbutreducethetensilestressconcentrationsduetotheunderhydraulicpressureandthethermalload.Theenlargedarchabutmentreducesthecompressionandshearstressoftheabutmentandincreasestheseepagedistancearoundtheabutmentsduetothehydraulicpressure.Thedeformationofthearchabutmentsisreducedbythelateralrestraintoftheabutment.Keywords:flexiblearch;rigidarch;rollercompactedconcrete(RCC)archdam;artificialshortjoint;weakfoundation;rigidfoundation通常修建拱坝理想的地址条件是在基岩性能良好(均匀、完整、足够强度、透水性小等)的刚性基础上。在高寒地区、软弱基础上修建拱坝尤其是较薄的碾压混凝土拱坝易使坝体的变位过大,局部应力集中恶化,以至于造成坝体不稳定和坝体破坏。因此尽管修建碾压混凝土拱坝工程量少,工艺简化,施工速度快[1,2],但在高寒地区、软弱基础上建造碾压混凝土拱坝还有很多技术难题尚待解决[3～5]。1新疆石门子碾压混凝土拱坝简介石门子水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区昌吉州玛纳斯县境内的塔河中游河段上,是一项以灌溉为主,兼有防洪、发电和改善生态环境等综合效益的中型水利枢纽工程。石门子工程主坝采用高110m的碾压混凝土拱坝。该工程的两岸和河床为青灰色和红色砾岩,砾岩为泥钙质胶结,其中红色砾岩浸水软化后的变形模量为4GPa,个别样品浸水后散塌。成层砾岩有夹泥层J3,右坝肩有陡倾角的断层F6,断层沿上下游方向延伸,并和斜夹泥层组成右岸不稳定体,同时,在左坝肩上存在F5～J3组成的不稳定体。坝址处于强震多发区,地震设计烈度8级,设计采取相应的减震措施。坝址地处高寒地区,月平均气温在0℃以下长达5个月,且年温度变幅高达60多℃。碾压混凝土拱坝未设后期的冷却措施,需采取专门措施消减后期坝体温降应力。在石门子工程中,采用在坝肩设人工短缝、拱冠设中缝、下游面设人工短缝等措施以降低坝体的刚度,限制拱座变位及加大拱坝变位,达到释放温度应力及减少水压作用下的拉应力集中,也就是采用柔性拱的方法来改善坝体应力,作用十分明显。转载http://www.paper.edu.cn石门子碾压混凝土拱坝拉力区即在坝肩上游面处设人工短缝,由于组合应力断裂强度因子已接近混凝土韧度值,缝端设止裂结构。同时坝体中央横缝(简称中缝)灌浆时在下游面预留1m的部位不灌浆,在1380m(高程)以上中缝留温度...
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