理论教育 防渗墙应力对比分析小结

防渗墙应力对比分析小结

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:而塑性墙,随着其变形模量的减小,墙体所承受的弯曲应力也随之减小。通过用断裂力学理论对混凝土防渗墙的结构应力对比分析得出相同的结论,塑性墙比刚性墙具有较好地适应局部原生缺陷的能力,是一种较为安全的防渗结构。综上所述,通过对混凝土防渗墙3种主要受力情况的计算分析,可以得出最终的结论为:塑性混凝土防渗墙明显优于刚性混凝土防渗墙。

防渗墙应力对比分析小结

(1)通过以上对塑性和刚性混凝土防渗墙的对比分析可以看到,由于塑性混凝土的变形模量和应力应变关系调整到与周围土层较为接近,防渗墙在荷载作用下的变形与周围土体的变形是协调的,从而消除了刚性混凝土防渗墙中由于墙体和围土变形不同而可能产生的高应力状态,致使塑性混凝土防渗墙无论在受土坝荷重和高水头作用,还是在地震荷载作用下的应力都远比刚性混凝土防渗墙小得多,应力分布也好得多,从而可提高防渗墙作用的安全度。

(2)对于高土石坝心墙下的混凝土防渗墙,其最不利的荷载工况是来自竣工时上部土体传来的巨大压力。刚性墙在竣工时的垂直沉降约为塑性墙的1/10,比其周围土层沉降小2~8倍,周围土层所承担的上部荷重通过土层与墙体间的剪力转移到了刚性墙上,使墙内应力为塑性墙应力的6~10倍,是周围土体应力的10~80倍。因此,在这种情况下,最担心的是刚性墙的压碎破坏。而塑性墙的变位与周围土体的变位可大致相同,应力基本一致,墙体与周围土层共同均匀地承担了上部坝体传来的荷重,其应力状态大大优于刚性墙。

(3)对于斜墙下或为土坝补强而建造的混凝土防渗墙,这时上部传来的荷重较小,或者周围土体的沉降变形在建墙以前已经完成,其最不利的荷载工况是水库蓄水时承受的水压力。在这种情况下,当混凝土插入基岩中时,由于刚性墙与其后土体的变形模量相差很大,使刚性墙承受较大的弯曲应力,特别在基岩与土层的交接部位发生巨大的拉应力及剪应力而发生破坏。而塑性墙,随着其变形模量的减小,墙体所承受的弯曲应力也随之减小。因而可通过调节塑性混凝土的弹性模量,使塑性墙不产生不利的拉应力,从而可大大提高墙体的耐久性。

(4)通过研究在地震荷载作用下,由于墙土系统的自振频率在地震过程中是随着应变的发展而一直在变化,所以,一般情况下,墙土系统不会发生共振(除非地震很强烈,墙土系统各单元的动模量均已降到最低值,因而系统具有了固定不变的自振频率,此时才有可能共振)。

塑性墙由于具有动力非线性性质,其动模量在地震过程中降低很多,且G随γ而降低的梯度比土体大,因而,地震越强烈,塑性混凝土的G与土体的越接近,变形更加协调,应力分布也更加均匀。所以,塑性混凝土防渗墙具有优越的抗震性能。(www.daowen.com)

刚性混凝土防渗墙由于其变形模量很大,在地震过程中它与周围土体的变形是不协调的,其动模量G基本不变,而围土的G却随γ的增大而降低,因而地震作用下刚性墙与围土的动模量的差距加大,地震作用愈是强烈,其差距愈大,所以墙体地震应力增长很大,远高于塑性墙。按我们计算的结果,刚性墙比塑性墙高出数倍乃至数十倍。

(5)塑性混凝土墙的应力状态,在很大程度上取决于塑性混凝土的变形模量和其应力应变关系与其周围土层的力学性能的适应状况,亦即取决于其适应周围土层变形的能力。因此,塑性混凝土防渗墙的设计问题,从本质上来说是一个“结构优化与控制”的问题。为使其应力条件最好,必须使其与周围土体的力学性能、边界条件相适应,通过结构应力分析,确定最优的结构尺寸和材料的力学性能,进而确定塑性混凝土材料的各种最优配比。根据目前对塑性混凝土材料配比的研究,要人为控制其力学性能是能够做到的,这就为塑性混凝土防渗墙的广泛推广,提供了十分有利的条件。

(6)通过用断裂力学理论对混凝土防渗墙的结构应力对比分析得出相同的结论,塑性墙比刚性墙具有较好地适应局部原生缺陷的能力,是一种较为安全的防渗结构。

综上所述,通过对混凝土防渗墙3种主要受力情况的计算分析,可以得出最终的结论为:塑性混凝土防渗墙明显优于刚性混凝土防渗墙。

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