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街面水电站面板堆石坝应力变形计算分析福建省尤溪街面水电站大坝坝型为混凝土面板堆石坝 最大坝高126m坝顶长500.5m。为全面了解坝体在施工期 和蓄水期的应力变形情况对坝体和面板进行了应力变形计 算分析。计算中选取的典型断面如图1所示。计算的工况包 括了峻工期和蓄水期计算分析中模拟了坝体的实际填筑施 工步骤和蓄水过程。面板按实际的工况分两期浇筑坝体的 填筑荷载分21步施加，水库蓄水的过程分成5步逐级蓄至 正常蓄水位。整个计算分析模型共剖分为328个单元、348个 节点。计算分析的网格剖分见图2。
图1 坝体典型断面示意
计算分析中采用逐次增量的方法模拟堆石的非线性特
性。荷载被分成若干步在每一小增量步里材料的应力应变关 系被视为线性。 在平面应变情况下，以体积模量形式（E一B模型表示的 本构关系方程为
式中，△o为x方向应力增量；△e为x方向应变增量；△ 为y方向应力增量；e，为y方向应变增量；△o为剪应力 增量；y为剪应变增量。 在本次计算分析中，堆石的应力应变关系采用非线性模
在计算分析成果的整理中主要给出了坝体在峻工期（坝 体填筑到顶和蓄水期（水库水位蓄至正常蓄水位情况下的 应力、变形分布规律。
坝体在峻工期和蓄水期的应力变形分布分别如图3~12 所示图中水平坐标以坝轴线为原点水平位移以指向下游为 正竖向位移向上为正应力以压为正。 从坝体应力和位移分布上看，竣工期坝体的水平位移大 致呈对称分布，上游坝体的水平位移方向朝向上游，下游坝体 水平位移方向朝向下游水平位移的零线”基本上处于坝轴 线的位置上。受基岩地形线的影响坝体水平位移最大值发生 的部位略偏向坝体底部。蓄水以后，由于面板传递的水压力作 用水平位移的分布发生了变化坝轴线上游部分坝体朝向上 游方向的位移有所减小朝向下游方向的位移有所增加水平 位移的零线"位置也发生了一些偏转。峻工期坝体的最大垂 直位移为0.4m左右，位置在坝体的中上部并靠近坝轴线附 近。蓄水后坝体的垂直位移的数值略有增加，但相对而言垂 直位移的增加量不大，且垂直位移的分布规律与峻工期相比 也没有明显的变化。 坝体应力基本按坝高分布，竣工期和蓄水期坝体最大的 大、小主应力均位于坝中线的底部其中，大主应力的数值比 坝体土柱重力略小坝体底部的大主应力约为1.4MPa。蓄水 后坝体的大、小主应力在垫层区和过渡区均有所增加但蓄 水作用对坝体大主应力分布的影响相对较小。从蓄水期坝体 小主应力的分布看在蓄水作用下坝体小主应力分布等值线 较峻工期明显上抬垫层区、过渡区以及部分上游主堆石区的 小主应力有较明显的增加。
3.2面板的应力和变形
竣工期面板的变形，仅考虑纯粹由水库蓄水荷载所引起的 板的变形）所引起的面板变形。从面板的变形曲线上看施工 期，坝体底部的面板在坝体沉降和水平位移的共同作用下向 现体上游侧突出，而坝体顶部的面板则随顶部坝体向下游侧 变形。水库蓄水以后面板在库水压力的作用下整体呈向下 游侧变形的趋势。坝体底部面板基本恢复至原坝坡处的位置 而顶部面板向下游测位移的趋势则进一步加大。从由于蓄水 引起的面板变形曲线上看，这一挠度曲线基本上是一个平滑 的曲线。
图3峻工期坝体水平位移分布（单位：m）
8 蓄水期坝体水平位移分布（单位：m
图9蓄水期坝体竖向位移分布（单位：m
图10 水期坝体大主应力分布（单位：MPa
蓄水期坝体小主应力分布（
图12 蓄水期坝体应力水平分布（单位：MPa）
对于面板的应力而言，其顺坡向的应力是一个主要的控 制指标。因此，在计算成果的整理上主要给出了面板顺坡向 应力的分布。图16所示为面板顺坡向应力沿面板高程方向的 分布。从面板的应力分布上看，峻工期由于二期面板刚刚浇 筑完毕，二期面板的应力相对较小，一期面板的应力相对较 大。二期面板顶部存在局部受拉区。蓄水以后在水荷载的作 用下，面板顶部的拉应力消失，面板底部出现拉应力，面板的 压应力数值增加，大部分面板的压应力分布是随水头的增加
三合土垫层施工工艺标准图13峻工期面板的位移（注：位移放大了100倍）
而增大的。总体而言面板沿坡面方向基本上处于受压状态 且下部压应力较大。
图16 面板的应力分布
根据街面面板堆石坝平面应力、变形计算分析的结果，可 以得出以下几点结论和建议： （1)从坝体应力变形分析的结果上看根据目前的坝体断 面设计方案在采用工程类比拟定参数的情况下坝体在蓄水 期的累积垂直位移为0.4m左右大、小主应力的最大值分别 为1.6MPa和0.6MPa左右，面板的最大挠度为15cm左右。 从应力变形分析的角度看这样的数值均在合理范围之中，由 此可以说明坝体的断面设计方案是基本可行的。 （2）由于此次平面计算所选取的坝体横断面基岩地形起 伏变化较大因此坝体的上、下游坡均存在一定的沿基岩边坡 分别向上、下游位移的趋势。由此，也造成了坝体底部面板在 峻工期向上游侧鼓出的位移趋势。不过从计算结构看这种 位移趋势对面板应力的影响也在设计可接受的范围内。 （3）面板在水库蓄水的情况下沿坝坡方向主要承受压应 力但在面板与趾板的交接处有局部拉应力。