[發明專利]拱壩建基面軟弱帶置換的設計方法

在審

• 申請號: 202111443338.0
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114117611A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 薛利軍;張敬;劉小強;牟高翔;周鐘;趙永剛
• 申請（專利權）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 陳仁平

本發明公開了一種拱壩建基面軟弱帶置換的設計方法，屬于涉及水利水電工程技術領域，提供一種結合有限元分析方法實現的拱壩建基面軟弱帶置換的設計方法。本發明通過結合二維和三維有限元法，能夠適應各種形態和特性的軟弱巖帶的置換，特別是針對斜穿拱壩建基面陡坡段的陡傾軟弱巖帶，并細致考慮建基面上各類巖體的材料特性，和不規則的開挖置換形態。能采用建基面受力的空間插值，考慮了拱端建基面上的拱推力的實際分布特性；采用基于二維有限元計算的置換方案比較，減小計算工作量，縮短計算周期。采用子模型法計算，能以較小的計算量，分析置換體的空間受力性態，并能夠為后續可能的配筋計算提供依據。

技術領域

本發明涉及水利水電工程技術領域，尤其涉及一種拱壩建基面軟弱帶置換的設計方法。

背景技術

混凝土拱壩設計規范要求，壩基經處理后具有足夠滿足承載能力和變形控制要求的強度和剛度，滿足拱座抗滑穩定和拱壩整體穩定。壩基處理方案應根據壩址地質條件和基巖的物理力學性質，通過拱壩結構分析和穩定分析確定。壩基處理措施應根據地質條件和處理目的進行選擇，可采用挖除、墊座、推力墩、重力墩、翼壩、固結灌漿、接觸灌漿、防滲排水、軟弱巖帶混凝土置換、預應力錨固的措施。其中軟弱巖帶混凝土置換是建基面缺陷處理的主要手段。

壩基軟弱巖帶包括各種規模斷層、裂隙密集帶、蝕變巖、變質巖帶等等，拱壩建設在軟弱巖帶處理方面積累了很多經驗，美國墾務局提出了軟弱巖置換處理經驗公式法的經驗公式，H＜45m時：h＝0.3B+1.5；H＜45m時：h＝0.3B+1.5，其中H為斷層破碎帶處的壩高(m)，h為混凝土塞的回填深度(m)，B為斷層破碎帶的寬度(m)，日本提出類似的經驗公式。我國二灘工程和小灣工程也總結提出了較系統的設計方法(趙永剛2001，何瑞良2017)，包括工程經驗法、結構力學法、彈性地基梁法、有限元分析法。總的說來，壩基范圍軟弱巖帶處理的一般方法包括：①規模較小軟弱巖帶，但下部充填物松散軟弱，且對壩基強度和壓縮變形仍有影響，可沿軟弱巖帶鋪設適量鋼筋網片；②規模一般軟弱巖帶，按工程經驗或規范應進行處理，一般處理方式為沿軟弱巖帶進行槽挖混凝土置換，置換深度為1～1.5倍軟弱巖帶的寬度；③范圍延伸出上、下游壩基的軟弱巖帶，為了將壩基應力向壩基范圍外擴散，應擴展開挖處理范圍，其水平擴散長度一般為1.5～2.0倍混凝土槽塞置換深度；④當壩基軟弱巖帶規模較大，下部充填物為破碎軟巖，且對變形有較大影響時，應嚴格處理，必須滿足構造要求，還應進行仔細設計與計算。可采用工程經驗法、結構力學法、彈性地基梁法、深梁法、平面有限元法、三維有限元分析法等計算方法，確定混凝土槽塞置換深度。

隨著計算機軟硬技術的飛速發展，有限元分析已是拱壩結構和基礎處理設計的重要手段。李家峽拱壩，河床建基面分布有多條斷層組成的f20斷層族，交錯發育，經驗公式、結構力學等方法很難適用，三維有限元法在建基面置換和深部網格置換的處理設計得到充分應用(白俊光，2008)。復雜地質條件錦屏一級地基處理設計中采用三維有限元法，系統研究比較基礎處理方案，研究建基面軟弱巖帶置換的處理設計方法(薛利軍2005，牟高翔2009，胡著秀2010)。大崗山(王超2012)、白鶴灘、在建的葉巴灘和孟底溝拱壩等工程也大量采用有限元等數值計算方法進行拱壩建基面軟弱巖帶置換處理。

有限元法在拱壩基礎處理設計上，一方面相對其他方法有很多優勢，可以考慮復雜幾何形狀、材料分區、荷載組合和施工過程等各種因素，能夠考慮拱壩和地基的相互作用；另一方面計算工作量較大，特別是進行各種處理方案比較，從建模、加載到成果處理，需要進行大量比較分析，周期比較長，需要系統分析、總結建立相對科學、簡便和標準的流程和方法，簡化計算工程量，提高計算合理性和科學性，供后續工程參考。特別是對相對單純問題，例如斜穿建基面的單一軟弱巖帶的置換，建立相對合理的分析流程和方法；對于一種能適應斜穿拱壩建基面和陡坡壩段陡傾軟弱巖帶的處理設計的通用方法。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種結合有限元分析方法實現的拱壩建基面軟弱帶置換的設計方法。