一种能改善面板应力变形的面板堆石坝制造技术

本实用新型专利技术提供了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，其中，面板为凸起的弧面。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。本实用新型专利技术在坝体自重、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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于水利
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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，本技术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Sn = 0.01hd/Ert，其中，Sn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 ；Erf为水压力作用下的面板堆石坝变形模量，单位MPa，Erf由蓄水前坝体堆石的压缩模量民。根据河谷形状乘上I. 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。本技术在坝体自重、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I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，I’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为本技术面板堆石坝的横断面示意图，其中3为本技术面板堆石坝的面板，3’为现有面板堆石坝的面板。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。图I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I中虚线部分。本技术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I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浙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I、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I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。面板挠度也可以采用下述经验公式计算得到8n = 0. 01hd/Erf式中6 n为面板挠度，单位m，如图3所示；h为设计水位对应的水深，单位m，如图3所示；d为面板堆石坝堆石柱体长度，单位m，如图3所示；Erf为水压力作用下的面板堆石坝变形模量，单位MPa，Erf由蓄水前坝体堆石的压缩模量Erc根据河谷形状乘上I. 5 2. 0的系数后得到。蓄水前堆石压缩模量民。可通过室内压缩仪或施工期现场测定得到；Ert/EM的比值和河谷的宽度有关，窄河谷的Ert/ETC值小，宽河谷的Erf/EM值大，其具体比值按经验取值。具体施工时，须从各方面采取措施控制坝体变形，以免出现垫层与面板脱空、产生裂缝等问题。应设置足够的堆石预沉降时间，使坝体变形主要在施工期完成，减少堆石体变形对面板的影响；采用反台填筑法或其他方法施工，尽可能减少上下游不均匀沉降。权利要求1.ー种能改善面板应カ变形的面板堆石坝，包括堆石坝体、面板和防渗接地结构，其特征为所述的面板为凸起的弧面。2.根据权利要求I所述的能改善面板应カ变形的面板堆石坝，其特征为 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%。3.根据权利要求2所述的能改善面板应カ变形的面板堆石坝，其特征为 所述的上游坡面为平板设计时面板堆石坝面板挠度采用基于堆石应カ应变数学模型的有限元方法计算得到。4.根据权利要求2所述的能改善面板应カ变形的面板堆石坝，其特征为 所述的上游坡面为平板设计时面板堆石坝面板挠度采用经验公式Sn = O. 01hd/Erf计算得到，其中，S 为面板挠度，単位m ；h为设计水位对应的水深，単位m ;(1为面板堆石坝堆石柱体长度，単位m;E,f为水压力作用下的面板堆石坝变形模量，単位MPa，Erf由蓄水前坝体堆石的压缩模量民。根据河谷形状乘上I. 5 2. 0的系数后得到。专利摘要本技术提供了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，其中，面板为凸起的弧面。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。本技术在坝体自重、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。文档编号E02B7/06GK202509464SQ20122011908公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日专利技术者周伟, 常晓林, 胡超, 马刚 申请人:武汉大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征为：所述的面板为凸起的弧面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，常晓林，马刚，胡超，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：