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随着我国国民经济建设的发展和西部大开发战略的实施,建在深覆盖层地基上的混凝土面板堆石坝工程越来越多。将趾板建在河床覆盖砂砾石层表面,防渗墙、趾板、面板间布置止水结构,联合组成大坝防渗体系的技术的提出使得覆盖层上面板堆石坝得到广泛应用。但工程实践表明,作为这种技术关键因素的趾板与坝基防渗墙之间的连接方式的不同会对坝体结构的受力变形产生很大的影响,因此需要深入研究。
本文首先分析覆盖层特性及其对面板堆石坝结构的影响、对深覆盖层上面板堆石坝趾板与防渗墙之间不同连接方式的结构设计和布置特点等工程应用情况进行系统分析,并结合典型工程实例,分析总结趾板与坝基防渗墙几种不同的连接方式;然后,对深覆盖层上面板堆石坝的渗流分析和应力变形分析的相关理论和方法进行了系统总结和分析,并结合深覆盖层上面板堆石坝的工程特性,对渗流和应力变形分析的有限元建模方法等问题进行了分析和探讨;最后,以九甸峡面板堆石坝工程为例,对坝基防渗结构中趾板与防渗墙采用柔性连接和刚性连接两种方式进行比较分析,通过建立三维有限元计算模型,分别从渗流和应力变形两个方面,分析不同连接方式对坝体和坝基防渗效果,坝体、面板和防渗墙的应力变形的影响规律。结果表明:趾板与防渗墙采用柔性连接和刚性连接对坝体和坝基的防渗效果无明显影响;趾板与防渗墙采用柔性连接和刚性连接对坝体应力变形影响很小;两种设计方案所得面板轴向位移分布基本相似,刚性连接方式面板法向变形较小但面板底部压应力较大;柔性连接方式防渗墙受力状况较好,变形量较小,而刚性连接时,由于防渗墙承受较大的荷载作用导致防渗墙应力和变形较柔性连接大,易引起防渗墙产生裂缝破坏,影响其防渗效果。综上所述,建于深覆盖层上的面板堆石坝,趾板与防渗墙的之间采用柔性连接方式和刚性连接方式均可满足坝体和坝基的防渗要求,堆石坝体的应力变形差异不大,但从改善面板和防渗墙应力变形状况、防止二者产生裂缝的角度来看,柔性连接方式较刚性连接方式具有明显的优势。
本文所建立或提出的上述模型及方法,是对深覆盖层上混凝土面板堆石坝趾板与防渗墙连接方案研究的一次有益探索,所获得的分析计算成果对类似工程具有一定的参考和应用价值。