重力壩壩基面應力規(guī)律及揚壓力影響分析

某水電站樞紐的非溢流重力壩為 2級建筑物,壩高 72m,壩頂寬 8m,壩底寬 60m,上游邊坡系數 m=0,下游邊坡系數 m=0.84,如圖 1所示。壩基面高程為 470.00m,壩上游設計水位為540.00m,壩下游無水。壩體材料為混凝土,彈性模量為 18.0GPa,泊松比為 0.2,容重 γp=2.40t/m3,地基的彈模為 20.0GPa,泊松比為 0.2,容重γp=2.60t/m3。壩體混凝土材料的抗壓強度為5MPa,抗拉強度為 0.65MPa。本文采用結構模型應力試驗和基于 ANSYS軟件的有限元分析法,分別研究該壩在基本荷載組合下,處于彈性范圍內時,壩基面的主應力值和應力分布規(guī)律,判斷壩基面的應力是否滿足設計要求。模型試驗法由于受試驗條件所限,沒有模擬揚壓力,有限元分析法對模擬有揚壓力和沒有揚壓力兩種情況進行了計算。針對以上三種情況進行比較,分析了試驗結果和原因。

圖 1 大壩剖面

1 結構模型試驗

1.1 模型試驗的基本原理及相似定律

基本原理:結構模型試驗主要是確定在外荷載作用下,施工建筑物表面和內部的應力及位移分布狀態(tài)。首先按模型規(guī)律選擇材料及適當的比尺,做成相似的模型,再把作用在原型水工建筑物的各項荷載按一定的相似比換算成相當的荷載加在結構模型上,然后通過各種量測儀器,測量出模型的應變、位移等數據;最后根據模型相似律,將所測數據換算為原型相應的數據,得到原型水工建筑物在外荷載作用下的應力和位移。

相似定律:為使模型上產生的物理現象與原型相似,模型材料、模型形狀和荷載的必須遵循一定的規(guī)律,這個規(guī)律就是相似定律。……