Сочетание железобетонной поверхности каменной насыпной плотины и противофильтрационной стены в фундаменте: напряженно-деформированное состояние
Автор: Саинов Михаил Петрович, Сорока Владислав Борисович, Гунасекеран Мурали
Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy
Статья в выпуске: 1 (99), 2022 года.
Бесплатный доступ
Введение. Сооружение железобетонных фасадных каменно-набросных плотин на грунтовых основаниях требует решения задачи организации надежной схемы сопряжения железобетонного фасада плотины с противофильтрационным сооружением в основании. Объектом исследования является плотина Мяоцзяба высотой 111 м (Ганьсу, Китай), которая в русловой части покоится на огромном слое грунтового основания, а в боковых участках расположена на скалах. Материалы и методы. С помощью численного моделирования исследовано напряженно-деформированное состояние (НДС) железобетонной облицовки (ЖБ) и отсечной стены (КОС) рассматриваемой плотины. Исследование проводилось в 2D и 3D постановках. Конечные элементы с высокой степенью аппроксимации внутри элементов предполагается использовать для моделирования тонкостенных конструкций. Полученные результаты. По результатам численного моделирования КС и КС подвержены сложным деформациям и находятся в сложном напряженном состоянии. Характеризуется наличием значительных сжимающих усилий как в забое, так и в стене. Тем не менее сжимающие усилия не превышают предельной прочности бетона на сжатие. Растягивающие напряжения более опасны для прочности противофильтрационных сооружений. В забое в зоне сопряжения с скальной породой возникают растягивающие напряжения. КОУ подвергается растяжению в зоне покоя на жестком бетонном полотне. Кроме того, COW отделяется от скальных стенок. Все это создает опасность нарушения герметичности противофильтрационной защиты. Выводы. При проектировании каменно-набросных плотин с сочетанием железобетонной облицовки и противофильтрационной стены особое внимание следует уделять пространственным условиям работы этих элементов. Это поможет найти зону появления опасных напряжений, которые не видны при решении двумерной задачи. Однако очевидно, что сопряжение КФ с КС с помощью жесткого бетонного фартука не является безопасным решением.
Напряженно-деформированное состояние, каменно-набросная плотина, бетонный забой, грунтовое основание, деформация, противофильтрационная стенка
Короткий адрес: https://sciup.org/143178764
IDR: 143178764 | УДК: 69 | DOI: 10.4123/CUBS.99.2
Combination of Rockfill dam reinforced concrete face and seepage control wall in the foundation: stress-strain state
Introduction. Construction of reinforced concrete face rockfill dams on soil foundations requires solving the problem of arranging a safe diagram of conjugation between a dam reinforced concrete face and a seepage control structure in the foundation. The object of research is the Miaojiaba dam, 111 m high (Gansu, China), which in the channel part rests on a huge layer of soil base, and in the side sections is located on rocks. Materials and Methods. Stress-strain state (SSS) of a reinforced concrete face (CF) and a cutoff wall (COW) of the considered dam was studied with the aid of numerical modeling. The study was conducted in 2D and 3D formulations. Finite elements with high degree of approximation inside the elements are to be used for modeling of thin-wall structures. Results. By the results of numerical modeling the CF and COW are subject to complicated deformations and are in a complicated stress state. It is characterized by presence of considerable compressive forces both in the face and in the wall. Nevertheless, compressive forces do not exceed the limit compressive strength of concrete. Tensile stresses are more dangerous for strength of seepage control structures. In the face the tensile stresses appear in the zone of conjugation with rock foundation. COW is subject to tension in the zone of rest on a stiff concrete apron. Besides, COW separates from rock sides. All this creates the danger of failure of seepage control protection tightness. Conclusions. At designing rockfill dams with combination of a reinforced concrete face and a seepage control wall a special attention should be paid to spatial conditions of these elements’ performance. This will help in finding the zone of appearance of dangerous stresses, which are not seen at solving a 2D problem. However, it is evident that conjugation of CF with COW with the aid of a stiff concrete apron is not a safe solution.
Список литературы Сочетание железобетонной поверхности каменной насыпной плотины и противофильтрационной стены в фундаменте: напряженно-деформированное состояние
- Fu, Z., Chen, S., Ji, E. Practices in Constructing High Rockfill Dams on Thick Overburden Layers. Dam Engineering. 2019. DOI:10.5772/intechopen.78547.
- Gan, L., Shen, Z.Z., Xu, L.Q. Long-term deformation analysis of the Jiudianxia concrete-faced rockfill dam. Arabian Journal for Science and Engineering. 2012. 39(3). Pp. 1589–1598. DOI:10.1007/s13369-013-0788-6.
- Sun, D.W., Wang, K.P., Yao, H.Q. 3D Finite Element Analysis on ChaHanWuSu CFRD Built on Thick Alluvium Deposits. Advanced Materials Research. 2011. 243-249. Pp.4482–4487. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.243-249.4482.
- Shen, T., Li, G.Y., Li, Y., Li, J., Feng, Y.L. Numerical analysis of joint types between toe slab and foundation of CFRD in alluvial deposit layer. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 2005. 24. Pp.2588–2592. DOI: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.14.030.
- Shen, Z.-Z., Xu, L., Wei, W. Earthquake Response of Xieka Concrete Face Rockfill Dam by FEM. 12th Biennial International Conference on Engineering. 2010. DOI:10.1061/41096(366)47.
- Li, G., Miao, J., Mi, Z. A review of foundation condition and design scheme for seepage prevention system of high CFRD built on deep alluvium deposit. Hydro-Science and Engineering. 2014. 4. Pp. 1-6.
- Li, M., Wang, X., Xiong, Z., Chen, H. CFRD monitoring and its behavior analysis. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute. 2001. 18(1). Pp. 45-48.
- Li, N. Recent technology for high concrete face rockfill dams. China Water Conservancy and Hydropower Press. 2007. Beijing, China.
- Hunter, G.J. The Pre-and Post-Failure Deformation Behaviour of Soil Slopes. University of New South Wales. 2003. Sydney, Australia.
- Hunter, G.J., Fell, R. Rockfill modulus and settlement of concrete face fockfill dams. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2003. 129(10). Pp. 909-917. DOI:10.1061/(ASCE)1090-0241(2003)129:10(909).
- Tang Ju-shan. Design of concrete face rockfill dam of the expansion project of Hengshan Reservoir. Journal on Water Power. 2002. 28(7). Pp. 35-37.
- Pinto, N.L., Marques, F. P. Estimating the maximum face deflection in CFRDs. International Journal on Hydropower and Dams. 1998. 5(6). Pp. 28-31.
- Lollino, P., Cotecchia, F., Zdravkovic, L., Potts, D. M. Numerical analysis and monitoring of Pappadai dam. Canadian Geotechnical Journal. 2005. 42(6). Pp. 1631-1643.
- Sherard, J.L., Cooke, J. B. Concrete-face rockfill dam: I. assessment. Journal of Geotechnical Engineering. 1987. 113(10). Pp. 1096-1112. DOI:10.1061/(ASCE)0733-9410(1987)113:10(1096).
- Won, M.S., Kim, Y. S. A case study on the postconstruction deformation of concrete face rockfill dams. Canadian Geotechnical Journal. 2008. 45(6). Pp. 845-852. DOI:10.1139/T08-020.
- Haselsteiner, R., Kaytan, E., Pamuk, R., Ceri, V. Seepage Control Design of the Arkun Dam in Turkey. International Journal on Hydropower and Dams. 2012. 1(19). Pp.90-95.
- Hou, W.-J., Zhang, G., Zhang, J.-M. Behavior of interface between extrusion-sidewall and slab face of CFRD. Yantu Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Geotechnical Engineering. 2008. 30(9). Pp.1356–1360.
- Zhou, X.-W., Gong, B.-W., Ding, H.-S., Rao, X.-B. Large-scale simple shear test on mechanical properties of interface between concrete face and gravel underlayer. Yantu Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Geotechnical Engineering. 2005. 27(8). Pp.876–880.
- Sainov, M.P., Soroka V.В. Impact of foundation stiffness on the stress-strain state of the concrete face of a rockfill dam. Construction of Unique Buildings and Structures. 2021. 96(3). DOI: 10.4123/CUBS.96.4.
- Sainov, M.P., Soroka V.В. Effect of Soft Bedrock Thickness on the Stress-Strain State of Concrete Face of Rockfill Dam. Proceeding of the VNIIG. 2021. 301(3). Pp.60–65.
- Wen, L., Chai, J., Xu, Z., Qin, Y., Li, Y. Monitoring and numerical analysis of behaviour of Miaojiaba concrete-face rockfill dam built on river gravel foundation in China. Computers and Geotechnics. 2017. 85(August 2018). Pp.230–248. DOI:10.1016/j.compgeo.2016.12.018
- Wen, L., Chai, J., Wang, X., Xu, Z., Qin, Y., Li, Y. Behaviour of concrete-face rockfill dam on sand and gravel foundation. Geotechnical Engineering. 2015. 168(5). Pp.439-456. DOI:10.1680/geng.14.00103.
- Wen, L., Chai, J., Xu, Z., Qin, Y. Comparative and Numerical Analyses of Response of Concrete Cutoff Walls of Earthen Dams on Alluvium Foundations. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2019. 145(10). DOI:10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002132.
- Sainov, M.P. Authorial computer program for study of stress-strain state of embankment dams. The Eurasian Scientific Journal. 2020. 12(3). URL: https://esj.today/PDF/77SAVN320.pdf (date of application: 15.01.2022)
- Sainov, M.P., Shigarov, A.Y., Iasafova, S.Y. Reinforcement impact on the stress-deformation state of concrete faced rockfill dam. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2019. 14(3). Pp. 347-345. DOI:10.22227/1997-0935.2019.3.347-355.
- Xing, H.-F., Gong, X.-N., Zhou, X.-G., Fu, H.-F. Construction of Concrete-Faced Rockfill Dams with Weak Rocks. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2006. 132(6). Pp.778-785. DOI:10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:6(778).
- Zhou, W., Hua, J., Chang, X., Zhou. C. Settlement analysis of the Shuibuya concrete-face rockfill dam. Computers and Geotechnics. 2011. 38(2). Pp.269-280. DOI:10.1016/j.compgeo.2010.10.004.
- Bin Xu, B., Zou, D., Liu, H. Three-dimensional simulation of the construction process of the Zipingpu concrete face rockfill dam based on a generalized plasticity model. Computers and Geotechnics. 2012. 43. Pp143-154. DOI:10.1016/j.compgeo.2012.03.002.
- Fitzpatrick, M. D., Cole, B. A., Kinstler F. L., Knoop, B. P. “Design of Concrete-Faced Rockfill Dams,” In: J. B. Cooke and J. L. Shererd, Eds., Concrete Face Rockfill Dams-Design, Construction, and Performance. 1985. Pp. 410-434.
- Sainov, M.P. Strength of ultra-high rockfill dam concrete face. Magazine of Civil Engineering. 2021. 101(1). DOI:10.34910/MCE.101.13.
