[实用新型]一种能改善面板应力变形的面板堆石坝

说明书

技术领域

本实用新型属于水利技术领域，尤其涉及一种能改善面板应力变形的面板堆石坝及其设计方法。

背景技术

面板堆石坝主要由堆石坝体、面板和防渗接地结构组成，堆石体和面板之间设有垫层区，浇筑在垫层区上的面板构成了面板堆石坝的首道挡水屏障。目前，面板堆石坝中的面板均采用平板面板，由于坝体自重、水压和徐变，面板发生挠曲变形，堆石坝体产生面板切线方向的位移，造成面板中央垂直缝压紧、两岸垂直缝拉开，从而导致面板易开裂；由于面板在坝肩和岸坡周边缝附近拉应力和拉应力区域较大，容易造成面板脱离周边缝，从而导致渗流、滑坡，甚至坝体损坏。对高面板堆石坝而言，其河谷中部面板轴向压应力较大，所以河床部位面板垂直缝发生压碎破坏的可能性较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改进现有技术中的不足，提供一种能改善面板应力变形的面板堆石坝。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种能改善面板应力变形的面板堆石坝，包括堆石坝体、面板和防渗接地结构，堆石体和面板之间设有垫层区，所述的面板为凸起的弧面。

所述的弧面上各点到弧面底面的垂直距离为面板为平板设计时面板上各对应点挠度的50～90％。

所述的上游坡面为平板设计时面板堆石坝的面板挠度采用基于堆石应力应变数学模型的有限元方法或经验公式计算得到。上述经验公式为：δ_n＝0.01hd/E_rf，其中，δ_n为面板挠度，单位：m；h为设计水位对应的水深，单位：m；d为面板堆石坝堆石柱体长度，单位：m；E_rf为水压力作用下的面板堆石坝变形模量，单位：MPa，E_rf由蓄水前坝体堆石的压缩模量E_rc根据河谷形状乘上1.5～2.0的系数后得到。

由于现有面板堆石坝中的面板均采用平板面板，由于坝体自重、水压和徐变，面板产生向下凹的变形，周边缝容易开裂造成渗漏。本实用新型在坝体自重、水压和徐变的作用下，面板也会产生向下的变形，但是周边缝不会开裂，从而避免或减少蓄水后面板发生结构性裂缝，减少渗漏量。

附图说明

图1为现有面板堆石坝在坝体自重和水压作用下横断面的变形示意图，其中：1为变形前的面板，1’为变形后的面板，2为变形前的坝顶，2’为变形后的坝顶；

图2为本实用新型面板堆石坝的横断面示意图，其中：3为本实用新型面板堆石坝的面板，3’为现有面板堆石坝的面板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

图1为现有面板堆石坝在坝体自重和水压作用下横断面的变形示意图，其中，实线表示原始的面板堆石坝，虚线表示变形后的面板堆石坝，a为面板上A点处的挠度。从图中可以看出，面板堆石坝在坝体自重和水压作用下，面板内部发生应力变形引起面板的挠曲变形，坝顶发生沉降，堆石体发生面板切线方向的位移，坝体变形，如图1中虚线部分。

本实用新型提出了一种能改善面板应力变形的面板堆石坝，该面板堆石坝的面板为凸起的弧面，如图2所示，其中，b为面板上A’点到弧面底面的距离，A’点为A点的对应点。由于将面板设计为凸起的弧面，当面板受力时，面板与地基以及岸坡之间形成挤压力，那么面板与周围的接触更加紧密，因此不会像平板面板一样因周边缝拉力过大而开裂。作为优选，上述弧面上各点到弧面底面的垂直距离为面板为平板设计时面板上各对应点挠度的50～90％，即图2中所示的b值为图1中所示的a值的50～90％。为了防止面板堆石坝的面板因水压作用而被挤压破坏，压型面板垂直缝采用有一定宽度、有弹性和抗压缩能力的柔性缝型式，以适应面板轴向的挤压变形，消减轴向压应力，提高面板的抗挤压能力。柔性缝的材料可采用沥青纤维板或橡胶板等，宽度由材料特性、面板应力和变形要求等综合决定。

本具体实施中，可采用基于堆石应力应变数学模型的有限元法或经验公式来计算面板为平板设计时面板堆石坝上各点的面板挠度。

基于堆石应力应变数学模型的有限元法计算面板挠度包括如下步骤：

1、选取上游坡面为平板设计时堆石体静力本构模型(如：邓肯E-B模型)及流变本构模型(如：幂函数流变本构模型)，确定堆石体静力本构模型和流变本构模型所包含的材料参数；

2、建立有限元模型，并对建立的有限元模型进行网格剖分；

3、根据步骤1所得材料参数和步骤2所得有限元模型大坝进行有限元仿真分析，计算得到面板堆石坝的面板挠度。