不同铺膜方式对“夹具效应”的改善
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http://www.paper.edu.cn - 1 -不同铺膜方式对“夹具效应”的改善 李彦礼1,刑玉玲2 1.河海大学水利水电工程学院, 江苏南京(210098) 2.芜湖市水利局,安徽芜湖(241000) E-mail: liyanli608@163.com 摘 要:本文分析了“夹具效应”与土工膜锚固方式的关系,并进行数值模拟,验证了普通锚固方式下土工膜中存在“夹具效应”,并通过几种不同的锚固方式对比,得出结论:包裹式铺膜方式可以改善土工膜在锚固处的“夹具效应”,此结论对指导实际工程的施工铺膜有一定积极的意义。 关键词:土工膜;铺膜方式;夹具效应;锚固 中图分类号:TV3
1. 引言 “夹具效应”一直是土石坝尤其是高土石坝建设中难以回避的问题,近年来土工膜防渗及膜土联合防渗在土石坝建设中得到越来越多的应用,而土工膜的不同铺膜方式对“夹具效应”有着一定影响[1][2],如何通过改变铺膜方式来改善“夹具效应”,使“夹具效应”对土石坝的影
响降到最低,是本论文主要论述的问题。
2. “夹具效应”的成因 土工膜铺设在土石坝坝体上游面作为“防渗斜墙”或“面板”,一般在坝体填筑至坝顶后再铺膜,此时坝体大部分的竖向位移已经完成,土工膜主要随蓄水引起的坝体位移(主要是水平位移)而产生变形。膜是随坝体而位移的,膜的刚度却不足以约束坝体位移。[3][4]所以,对
坝体内的膜而言,类似于拉伸试样的行程一定(因在一定工况下,坝体位移一定)的试样拉伸,试样的标距越长,拉伸变形率越小,反之,拉伸变形率越大,即产生了“夹具效应”。
3. 土工膜锚固方式的类型 土工膜在坝基及岸坡处用锚固的方式与坝基及岸坡连接,锚固槽有两种类型:一种是混凝土锚固槽,另一种是粘土锚固槽。混凝土锚固槽有图1~图3三种锚固形式,粘土锚固槽有图4~图6三种锚固形式。[5][6]
土工膜坝体
砼锚固槽1点
图1 混凝土锚固槽 图2坝基混凝土锚固槽 图3岸坡混凝土锚固槽 Fig.1 concrete anchor slot Fig.2 concrete anchor slot of dam base Fig.3 concrete anchor slot of bank http://www.paper.edu.cn - 2 -上游土工膜
粘土槽坝体 下游上游
土工膜
粘土槽 土工膜上游粘土槽
下游
图4粘土锚固槽 图5 坝基粘土锚固槽 图6岸坡粘土锚固槽 Fig.4 clay anchor slot Fig.5 clay anchor slot of dam base Fig.6 clay anchor slot of bank
4. 模型的建立 以四川省的瀑布沟工程为例,分四种不同的铺膜方式对比土工膜本身的内部应力值。土工膜铺设在高堆石坝心墙上游面与反滤层之间,分下列四种情况进行锚固: 1)普通铺膜方式:在上游坝体与覆盖层接触处直接锚固; 2)坝基包裹式:土工膜在心墙底部向下游延伸至混凝土墙锚固; 3)岸坡包裹式:土工膜在两岸岸坡向下游延伸至心墙中部锚固; 4)坝基与岸坡包裹式:土工膜在坝基和岸坡处均向下游延伸锚固。
4.1模型参数的选取 坝体材料的计算参数参见表1。 土工膜视为各向同性材料,计算参数见表2
表1 心墙堆石坝摩尔(mohr)模型参数 Table1 Mohr model parameters of core-wall rockfill dam 参数 材料
弹性模量E
(MPa) 泊松比ν 摩擦角(0) 粘聚力(KPa)
覆盖层(坝基) 195 0.31 38 0 堆 石(坝体) 250 0.31 43 0 过渡料(过渡层) 200 0.32 42 0 反滤料(反滤层) 175 0.34 40 0 深启底心墙料 (心墙上部) 97.5 0.4 22 10
黑马Ⅰ区心墙料 (心墙下部) 122 0.29 35 6
高塑性粘土 31.25 0.37 16 50 混凝土防渗墙 57 500 0.16 48 5 000 膜(brick) http://www.paper.edu.cn - 3 -表2 心墙堆石坝中土工膜计算参数 Table 2 List of parameters of geomembrane in core-wall earth-rock dam
参数 E(MPa)υ 刚度cs_sk(kPa)粘聚力cs_scoh(kPa) 摩擦角(
°
)
土工膜 175 0.34 10 10 30
4.2结果分析 四种不同的铺膜锚固方式下,所得的大主应力值有所不同,具体数值如图7~10所示。
图7 普通式岸坡处大主应力值 图8坝基包裹式岸坡处大主应力值 Fig.7Maximal principal stress value Fig.8 Maximal principal stress value for general anchoraging way on bank for dambase parcels anchoraging way on bank
图9 岸坡包裹式岸坡处大主应力值 图10 坝基及岸坡包裹式岸坡处大主应力值 Fig.9 Maximal principal stress value Fig.10 Maximal principal stress value for bank parcels anchoraging way on bank for base and bank parcels anchoraging way on bank
(1)普通式铺膜方式时,土工膜的大主应力的最值出现在岸坡锚固处,最大值0.467KPa。 (2)坝基包裹式铺膜方式时,土工膜在岸坡锚固处大主应力的最大值为0.257
KPa
(3)岸坡包裹式铺膜方式时,土工膜在岸坡锚固处的大主应力最大值为0.076KPa。
(4)坝基和岸坡包裹式铺膜方式时,土工膜在岸坡锚固处大主应0.072KPa
5. 结论 通过以上分析计算比较,笔者得出两点结论:
FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA
Step 7586 Model Perspective15:30:34 Thu Mar 29 2007
Center: X: -1.503e+000 Y: 1.025e+002 Z: 1.045e+002Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 90.000Dist: 3.850e+003Mag.: 2.44Ang.: 22.500
SEL Pstress-3 Magfac = 0.000e+000-3.2596e-009 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+004 5.0000e+004 to 1.0000e+005 1.0000e+005 to 1.5000e+005 1.5000e+005 to 2.0000e+005 2.0000e+005 to 2.5000e+005 2.5000e+005 to 3.0000e+005 3.0000e+005 to 3.5000e+005 3.5000e+005 to 4.0000e+005 4.0000e+005 to 4.5000e+005 4.5000e+005 to 4.6675e+005 Interval = 5.0e+004depth factor = 1.00
FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA
Step 7593 Model Perspective19:04:44 Thu Mar 29 2007
Center: X: -2.660e+001 Y: 1.025e+002 Z: 6.100e+001Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 90.000Dist: 3.850e+003Mag.: 2.44Ang.: 22.500
SEL Pstress-3 Magfac = 0.000e+000-3.6380e-010 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000e+004 1.0000e+004 to 2.0000e+004 2.0000e+004 to 3.0000e+004 3.0000e+004 to 4.0000e+004 4.0000e+004 to 5.0000e+004 5.0000e+004 to 6.0000e+004 6.0000e+004 to 7.0000e+004 7.0000e+004 to 7.1635e+004 Interval = 1.0e+004depth factor = 1.00
FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA
Step 7607 Model Perspective15:34:18 Thu Mar 29 2007
Center: X: -2.660e+001 Y: 1.025e+002 Z: 6.100e+001Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 90.000Dist: 3.850e+003Mag.: 2.44Ang.: 22.500
SEL Pstress-3 Magfac = 0.000e+000-2.2119e-009 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+004 5.0000e+004 to 1.0000e+005 1.0000e+005 to 1.5000e+005 1.5000e+005 to 2.0000e+005 2.0000e+005 to 2.5000e+005 2.5000e+005 to 2.5690e+005 Interval = 5.0e+004depth factor = 1.00
FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA
Step 7596 Model Perspective15:41:52 Thu Mar 29 2007
Center: X: 2.534e+001 Y: 8.242e+001 Z: 1.082e+002Rotation: X: 340.000 Y: 0.000 Z: 30.000Dist: 3.850e+003Mag.: 3.81Ang.: 22.500
SEL Pstress-3 Magfac = 0.000e+000-5.2387e-010 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000e+004 1.0000e+004 to 2.0000e+004 2.0000e+004 to 3.0000e+004 3.0000e+004 to 4.0000e+004 4.0000e+004 to 5.0000e+004 5.0000e+004 to 6.0000e+004 6.0000e+004 to 7.0000e+004 7.0000e+004 to 7.5669e+004 Interval = 1.0e+004depth factor = 1.00