岩前混凝土重力坝布置结构及其布置方法技术

本发明专利技术公开了一种岩前混凝土重力坝布置结构及其布置方法，属混凝土重力坝技术领域。本发明专利技术包括坝体；所述坝体包括上部混凝土结构和下部混凝土结构；所述上部混凝土结构位于下部混凝土结构上；所述上部混凝土结构与坝后岩体分离；所述下部混凝土结构与坝后岩体连接，且下部混凝土结构与坝基岩层的接触面为坡形阶梯；所述上部混凝土结构和下部混凝土结构的上游坝面为斜坡形；所述坝基岩层为硬岩。本发明专利技术可增加坝体的稳定性和坝后岩体的稳定性，并可保证坝体混凝土与坝后岩体的自然结合。

In front of the concrete gravity dam layout structure and layout method

The invention discloses a layout structure and arrangement method of rock front concrete gravity dam, which belongs to the technical field of concrete gravity dam. The invention includes a dam; the dam including the upper concrete structure and the concrete structure; the upper part of the concrete structure in the concrete structure; the upper concrete dam structure and rock mass after separation; the structure of the concrete dam and the rock mass after connection, and the concrete structure and the dam bedrock layer contact surface slope shape the ladder; the upstream dam surface of the upper concrete structure and the concrete structure of the slope shape; the dam bedrock layer for hard rock. The invention can increase the stability of the dam body and the stability of the rock mass behind the dam, and can guarantee the natural combination of the dam body concrete and the back dam rock mass.

【技术实现步骤摘要】
岩前混凝土重力坝布置结构及其布置方法
本专利技术涉及混凝土重力坝
，具体涉及的是一种岩前混凝土重力坝布置结构及其布置方法。
技术介绍
重力坝为适应两岸地形地质条件或节省投资，通常在主河床坝段与岸坡之间设置连接坝段。对低水头宽阔河道，往往采用土石坝衔接。对峡谷坝址，衔接坝段多采用实体非溢流重力坝。如铜街子水电站，坝址区左岸漫滩，宽约200m，长约1.5km。为避免坝轴线附近左岸小庙和桑树坪二处滑坡地带受库水位影响，左岸接头坝采用面板堆石坝；丹江口、葛洲坝、西津等水电站大坝岸边也采用土石坝衔接；景洪水电站两岸岩体风化强烈，坝肩部位全、强风化岩体严重，两岸采用混凝土重力坝衔接。无论上述工程是采用土石坝衔接，还是采用实体重力坝衔接，连接坝段均单独承受作用在其上的荷载，保证自身的顺流向稳定以及侧向稳定、强度和刚度需要。目前，对于一些水电站大坝工程，常需考虑当地人文需要，对当地的人文自然景观进行保护和利用，而国内外重力坝中，尚无对混凝土重力坝坝后岩体(人文自然景观)进行利用，使得混凝土重力坝坝体与坝后岩体(人文自然景观)联合受力的实例。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种坝体与坝后岩体能够良好结合，且坝体与坝后岩体稳定的岩前混凝土重力坝布置结构及其布置方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：岩前混凝土重力坝布置结构，包括坝体；所述坝体包括上部混凝土结构和下部混凝土结构；所述上部混凝土结构位于下部混凝土结构上；所述上部混凝土结构与坝后岩体分离；所述下部混凝土结构与坝后岩体连接，且下部混凝土结构与坝基岩层的接触面为坡形阶梯；所述上部混凝土结构和下部混凝土结构的上游坝面为斜坡形；所述坝基岩层为硬岩。进一步地，所述坝体的重心与坝体底部端侧的坝踵的水平距离L2≥1/2坝宽L0。进一步地，所述坝体的重心与坝体底部端侧的坝踵的垂直高度H32≤1/3坝高H0。布置上述岩前混凝土重力坝布置结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)初拟坝形：根据坝后高耸岩体的高度和坝基岩层的地形，对混凝土重力坝坝体与坝后岩体的结合高度、混凝土重力坝坝体的上游坝面的坡比及坡顶高程、混凝土重力坝坝体的下部混凝土结构与坝基岩层的坡形阶梯接触面的各级阶梯的坡比及平台宽度进行设计，得到混凝土重力坝坝体的初始坝形；2)混凝土重力坝坝体受力、稳定及变形分析：对步骤1)中混凝土重力坝坝体的初始坝形进行抗倾和抗滑分析、混凝土重力坝坝体与坝后岩体的联合受力抗倾和抗滑分析、混凝土重力坝坝体向坝后岩体的正压传力分析以及混凝土重力坝坝体的变形有限元分析；3)混凝土重力坝坝体的坝形调整：根据步骤2)的分析结果，对混凝土重力坝坝体与坝后岩体的结合高度、混凝土重力坝坝体的上游坝面的坡比及坡顶高程、混凝土重力坝坝体的下部混凝土结构与坝基岩层的坡形阶梯接触面的各级阶梯的坡比及平台宽度进行调整；4)参照步骤2)对步骤3)中调整坝形后的混凝土重力坝坝体重新进行混凝土重力坝坝体受力、稳定及变形分析；5)重复上述步骤，直至整个混凝土重力坝坝体落于硬岩岩层上，且混凝土重力坝坝体的自重与混凝土重力坝坝体的上游坝面承受的上游水压力的合力与混凝土重力坝坝体的下部混凝土结构与坝基岩层的接触面正交，使得混凝土重力坝坝体与坝后岩体处于正压状态，以得到混凝土重力坝坝体稳定、坝后岩体稳定、混凝土重力坝坝体与坝后岩体自然结合的混凝土重力坝坝体的坝形。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过让坝体的上部混凝土结构与坝后岩体脱开，让坝体的下部混凝土结构向坝后岩体传力，并调整上游坝面和下部混凝土结构与坝基岩层的接触面的坡度，减小坝体向坝后岩体传力的大小，同时使得混凝土坝体向坝后岩体的传力尽可能向下，增加坝体的稳定性和坝后岩体的稳定性，且使该力与坝体的下部混凝土结构与坝基岩层的接触面尽可能正交，以正压为主，保证坝体混凝土与坝后岩体的自然结合。附图说明图1为现有技术岩前混凝土重力坝布置结构的剖面图；图2为现有技术岩前混凝土重力坝布置结构的传力示意图；图3为现有技术岩前混凝土重力坝布置结构完建后(a)和正常运行时(b)的受力及重心位置示意图；图4为本专利技术岩前混凝土重力坝布置结构的剖面图；图5为本专利技术岩前混凝土重力坝布置结构的传力示意图；图6为本专利技术岩前混凝土重力坝布置结构完建后(a)和正常运行时(b)的受力及重心位置示意图。图中：坝体1(其中：上部混凝土结构11、下部混凝土结构12)、坝后岩体2、坝基岩层3、上游坝面4、坝踵5、硬岩6、软岩7。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。马来西亚沐若水电站大坝工程，如图1、图2、图4和图5所示，该工程岩层为横河向陡倾软硬相间岩层，右岸为高耸的“圣石”(坝后岩体3)，该“圣石”(坝后岩体3)受当地土著朝拜，需保留。“圣石”(坝后岩体)自上游深沟算起，高达近百米，上游岩壁近乎直立，略向上游倒倾，“圣石”(坝后岩体3)从顶往底厚20m～50m，其上游硬岩的宽度D1约20m，再向上游，为软岩7深沟，岩层软弱，地形急剧降低高度H1为20m，且覆盖层深厚。如图1所示，现有技术中采用常规混凝土重力坝结构作为大坝与坝后岩体(“圣石”)的连接段，该混凝土重力坝的坝体1与坝后岩体2分开，上游坝面4为竖直面。该混凝土重力坝的坝体1的宽度D2为35m，而坝后岩体2上游硬岩6的宽度D1为20m，不足以布置混凝土重力坝，此时，在保留坝后岩体2的前提下，混凝土重力坝的坝体1将有一部分落于与硬岩6紧邻的软岩7上，整个坝体1的坝高H2为70m，施工时，工程量巨大。如图2所示，现有技术的混凝土重力坝结构主要承受自重G1和上游水压力F1，且混凝土重力坝的坝体1的重心落于软岩7上。如图3所示，现有技术的混凝土重力坝结构完建后坝体1的重心与坝体1底部端侧的坝踵5的水平距离L1为10.41m，垂直高度H31为33.35m，重心较高，将引起混凝土重力坝倾向上游的大变形；正常运行时，坝体1的重心与坝体1底部端侧的坝踵5的水平距离L1为10.41m，上游水压力F1的高度H41为22m，而混凝土重力坝的坝体1自重G1对下部软岩7的压力达28460KN，将会导致软岩压缩，且上游水压力F1通过混凝土重力坝的坝体1对下游坝后岩体2的压力达21780KN，使得坝后岩体2承受过大传力，且因软岩7抗滑参数低，从而大大降低混凝土重力坝的坝体1的抗滑稳定性和坝后岩体2的稳定性。本专利技术岩前混凝土重力坝布置结构就是针对现有技术中缺乏混凝土重力坝坝体与坝后岩体联合受力的研究而提出一种新的并可将混凝土重力坝的坝体1与坝后岩体2自然结合的岩前混凝土重力坝布置结构。如图4所示，岩前混凝土重力坝布置结构，包括坝体1；所述坝体1包括上部混凝土结构11和下部混凝土结构12；所述上部混凝土结构11位于下部混凝土结构12上；所述上部混凝土结构11与坝后岩体2分离；所述下部混凝土结构12与坝后岩体2连接，且下部混凝土结构12与坝基岩层3的接触面为坡形阶梯；所述上部混凝土结构11和下部混凝土结构12的上游坝面4为斜坡形；所述坝基岩层3为硬岩6。布置图3所示的岩前混凝土重力坝布置结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)初拟坝形：根据坝后高耸岩体的高度和坝基岩层的地形，对混凝土重力坝坝体1与坝后岩体2的结合高度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩前混凝土重力坝布置结构，包括坝体(1)；所述坝体(1)包括上部混凝土结构(11)和下部混凝土结构(12)；所述上部混凝土结构(11)位于下部混凝土结构(12)上，其特征在于：所述上部混凝土结构(11)与坝后岩体(2)分离；所述下部混凝土结构(12)与坝后岩体(2)连接，且下部混凝土结构(12)与坝基岩层(3)的接触面为坡形阶梯；所述上部混凝土结构(11)和下部混凝土结构(12)的上游坝面(4)为斜坡形；所述坝基岩层(3)为硬岩(6)。

【技术特征摘要】
1.岩前混凝土重力坝布置结构，包括坝体(1)；所述坝体(1)包括上部混凝土结构(11)和下部混凝土结构(12)；所述上部混凝土结构(11)位于下部混凝土结构(12)上，其特征在于：所述上部混凝土结构(11)与坝后岩体(2)分离；所述下部混凝土结构(12)与坝后岩体(2)连接，且下部混凝土结构(12)与坝基岩层(3)的接触面为坡形阶梯；所述上部混凝土结构(11)和下部混凝土结构(12)的上游坝面(4)为斜坡形；所述坝基岩层(3)为硬岩(6)。2.根据权利要求1所述的岩前混凝土重力坝布置结构，其特征在于：所述坝体(1)的重心与坝体(1)底部端侧的坝踵(5)的水平距离L2≥1/2坝宽L0。3.根据权利要求1或2所述的岩前混凝土重力坝布置结构，其特征在于：所述坝体(1)的重心与坝体(1)底部端侧的坝踵(5)的垂直高度H32≤1/3坝高H0。4.布置权利要求1至3中任一权利要求所述的岩前混凝土重力坝布置结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)初拟坝形：根据坝后高耸岩体的高度和坝基岩层的地形，对混凝土重力坝坝体(1)与坝后岩体(2)的结合高度、混凝土重力坝坝体(1)的上游坝面(4)的坡比及坡顶高程、混凝土重力坝坝体(1)的下部混凝土结构(12)与坝基岩层(3)的坡形阶梯接触面的各级阶梯的坡比及平台宽度进行设计，得到混...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨启贵，胡进华，杜华冬，颜家军，崔玉柱，刘晖，吴效红，周良景，田甜，王辉，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42