基坑支护外文翻译.docx

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基坑支护外文翻译

沈阳工业大学

本科生外文翻译

文章中文题目：

地基开挖松弛对拱坝工作性能影响的研　

究　

文章外文题目：

Studyontheperformanceofarchdam　

influencedbyrelaxationofthe　

foundationsfollowingexcavation

学院：

建筑工程学院

专业班级：

学生姓名：

指导教师：

2014年12月19日

地基开挖松弛对拱坝工作性能影响的研究

1毕业于中国南京河海大学水利水电工程学院，编号210098；

2现就业于中国成都二滩水电开发有限责任公司，编号610021；

3就读于中国南京河海大学工程力学专业，编号210098；

4就业于中国南宁大唐岩滩水电站有限公司，编号530001；

本文投寄于2010年12月29日;2011年1月24日审核通过;2011年3月4日网上发表。

本文采用正交试验法研究基坑开挖造成的应力松弛区对锦屏1号拱坝的性能影响。

首先，通过采用特征应力作为指标和范围分析偶联发现了对拱坝性能松弛影响最主要的因素。

通过数值分析评估，这与随后得出的大坝监测数据，以及对所造成的松弛拱坝性能的影响程度相吻合。

结果表明，地基挖掘的松弛对拱坝的性能一般产生负面影响，导致弹性模量降低，在松弛区是影响该拱坝应力的主要因素。

岩体的松弛导致在靠近松弛区的局部区域拱坝应力增加，但对较远区域的影响不大。

开挖松弛，拱坝应力，正交试验

引文：

段绍辉，任庆文陈军鹏等人关于地基开挖松弛对拱坝工作性能影响的研究，发表于《中国科学》科技科学2011年54期第1177-1182页，分类号：

10.1007/s11431-011-4345-9

如今，中国的水电开发主要是在西南部省份的高山峡谷中和青藏高原地区。

受近年来高原持续抬升影响，这些地区的自然地质环境条件越来越复杂。

长期向上的地壳运动，强新构造运动，频繁的自然地震，河流持续的冲刷[1]所造成的山脉和山谷的斜坡变成高应力区域。

坝基在这些高应力区开挖会立即破坏岩体的天然应力平衡，造成材料机械性能的下降，如弹性模量和压缩强度，并在岩体里形成松弛区，从自由表面往下的的深度为10-20米[2]。

松弛区在基坑开挖时形成，工作条件的恶化最终可能导致大坝失效，这始终是专家在大坝工程安全领域最关注的问题。

所以研究松弛区及其对拱坝的影响具有很大的工程意义，因为研究成果将为地基处理提供完善的设计基础。

本文采用正交实验，理论和数值分析作为来分析松弛区对锦屏1号拱坝性能的影响的方法。

1.正交试验设计理论

正交试验是在具有多种因素试验研究和治疗应用最广泛的科学试验方法。

它适用于处理多因素、多层次以及具有随机误差的实验。

正交表是正交实验最重要的工具。

这是一种可以为试验选择一部分代表点的方法，因为代表点具有均匀整齐的品质，满意的结果可以从数据相对具有较强代表性的实验中得到[3，4]。

1.1正交表

让矩阵A为n×m，其中在列j的元素按照数字为1，2，3，，到

的顺序排列。

A时满足任意两列匹配和均衡条件的的正交表。

正交表是在一定规则组合理论的基础上获得的一种矩阵表。

其原理如下：

1）在任意列中每个元素出现的次数是相同的；2）在所述配对构成的两个任意列的元素，出现每对的重复数是相同的。

该正交表表示为

（

），其中L是正交表，n为试验次数以及行数，m是最大值，也就是因素可以被布置的次数以及列号，

是在第j列的水平影响因素。

当

时，正交表被表示为

（

）[5]。

1.2正交试验分析方法

分析正交实验结果的方法有两种：

一种是极差分析法，另一种是方差分析法。

极差分析法简单实用，已被广泛使用，而方差分析法考虑到实验结果由于误差导致结果的不一致，并且它提高了分析的精度。

因为实验是在本文中数值实施，试验结果的误差是相当小的，因此，这里采用极差分析法来分析实验数据。

极差分析法评估所谓一系列显著参数R因素对实验结果的影响程度。

如果

表示要素j的第i级和

是对应于

表示的结果，则参数的计算结果如下[5,6]：

（1）

其中

在因素j的范围内，随着

的增加，因素j对结果的影响变得更显著。

S是所采取的值的数目，r是所述因素j的水平。

2.数值实验模型

2.1有限元分析模型

屏1号拱坝地处四川省，这是青藏高原倾斜至四川盆地的过渡地带。

这个山谷是一个急速的倾斜V形;大坝所处的地质条件极其复杂。

有限元模型示于图1，有66266元素和所有71140节点。

如图2，按照混凝土拱坝设计规范DL/T5346-2006和SL282-2003，由传统的拱悬臂法和线性弹性有限元方法计算的等效应力所获得的结果可被用作标准来判断大坝的安全性及其强度[7,8]。

通过有限元法计算坝体应力时，它一定是拱坝设计的相关性。

 把线性弹性有限元方法作为进行数值实验的一个工具，对拱坝的性能基础松弛的影响进行了分析;考虑的荷载条件是重力，水压，渗透压，温度等。

图1拱坝的有限元模型图2大坝及联接的相对位置

2.2正交试验设计

地基岩体的松弛是由弹性模量的减少引起并通过线状弹性分析表示出来。

该项研究的主要目的是探究弹性模量的变化对拱坝工作性能的影响。

在这里对三个因素进行正交试验，沿坝高度方向松弛岩体分布的面积，和垂直的方向上的基础沿岩石的深度，以及放松的程度（在岩石中的松弛区弹性模量的减少幅度）。

对于每一个因素，四个级别被选择用于正交实验，它们是：

i=1，2，3，4；j=A，B，C的方程

（1）以及选择的每个因素的水平示于表1中。

忽略因素的相互作用，并考虑层次和因素的数量，正交表L16（

）的顶部三列被选择用于正交

实验。

对于每一个因素，行数n在表中为16，在表中的列数m是4，水平数r是4，并采取了S值的数目为4。

由于最大应力

在上游面，最大应力

在下游面，在坝踵的拉应力和坝后压应力能很好的表征拱坝的工作性能，他们被选为发展指数。

数值测试是根据实验方案进行，这是由该正交表决定的；通过对岩体松弛的影响进行评价，从而确定影响大坝性能的最显著因素。

3.正交试验结果分析

3.1上游和下游主应力松弛影响

在不考虑到开挖松弛的情况下，数值计算结果显而易见，

在上游区域中的最大值为12.03兆帕，发生在右岸1/4至1/2坝高处，并且

的下游最大值为20.71兆帕，出现在左岸1/4至1/2坝高处，他们都出现在坝体基础附近。

松弛对上下游主应力的影响试验结果分析示于表2中。

表2显示，在上游和下游的最大主应力值在考虑岩体松弛后，分别提高了15.0％和12.5％。

影响最大值

的最显著因素是上游松弛的程度，然后是松弛的高度。

随着上游松弛的增加而增加，同时伴随着岩体弹性模量值的减小。

对于松弛的高度，

随着松弛高度的增加而增加，起初，

在1/4至1/2坝高之间取得最大值；但在这之后，即使高度增加，

的值变化也很小。

这是因为，

的最大值出现在1/4至1/2坝高之间，而岩石的松弛在超过坝高一般之后对该区域的影响不大。

显而易见的是，基坑开挖松弛对松弛区附近的局部坝应力影响最大，而其对整体坝应力影响不大。

也可以从表2中看出松弛的深度对上游

的值影响不大，因为影响系数仅为0.62。

下游

的最大值类似于上游的

。

但是

受到松弛深度的影响较小，影响系数只有0.35；其他两个因素的系数比上游的

大得多，这意味着

对开挖松弛的影响更加敏感。

一般来说，基坑开挖引起的松弛增加了上游面的主拉应力和下游面的主压缩应力，这对于拱坝的安全是不利的。

3.2松弛作用对坝踵和坝趾压应力的影响

andtoe

在坝体和坝踵及坝趾的基岩接触面上设置数据采集点，松弛作用对于坝踵和坝趾的压应力影响的正交试验结果示于表3中。

根据计算结果，在不考虑岩体松弛的情况下，坝踵拉伸应力和坝趾的压缩应力分别是6.355兆帕和14.63兆帕。

当考虑岩体松弛时，坝踵和脚趾的应力增加幅度都不大，它们的最大值增量分别为10.1％和11.6％。

取值范围的分析表明，松弛的程度是影响坝踵拉伸应力的主要因素。

由于弹性模量降低，坝踵的拉伸应力和坝趾的压缩应力逐渐增加，压缩应力对松弛作用更加敏感，因此最大影响系列是1.36。

松弛高度和松弛深度对坝踵和坝趾上的应力几乎没有影响，由于所选择的测量点在坝体的底部，在那里它们对基岩上的任何松弛都不敏感。

这也意味着坝体应力主要受附近岩石松弛的影响，而这种松弛仅导致松弛区周围局部应力的变化，而不是对整个坝体。

3.3最不利组合影响分析

参照表2和表3的结果，可以得到所有因素中最不利的组合，如表4所示。

在已经实施的16组试验中不包含

和

这两种组合，补充实验只是为了评估最不利的组合的影响。

根据表4，松弛的最不利条件表明该坝应力显著恶化，而选择作为指标点的所有应力都增加了很多，且增加范围在12％至18％。

表1正交试验中的水平因子

水平因子松弛高度（A）松弛深度（B）松弛程度（C）

11/4坝高1/12底宽10%

21/2坝高1/6底宽20%

33/4坝高1/4底宽30%

4整个坝高1/3底宽40%

表2上下游主应力实验结果

上游

最大值上游

最大值

松弛高度（A）松弛深度（B）松弛程度（C）松弛高度（A）松弛深度（B）松弛程度（C）

12.1313.2112.4220.9122.3721.38

13.4613.1312.8522.8222.1921.64

13.4013.1013.2922.4822.1122.37

13.3912.5913.8422.4722.0223.29

R1.330.621.421.910.351.91

表3坝踵和坝趾的应力正交试验结果

坝踵拉应力（兆帕）坝趾压应力（兆帕）

松弛高度（A）松弛深度（B）松弛程度（C）松弛高度（A）松弛深度（B）松弛程度（C）

6.706.696.5115.6715.2614.97

6.796.756.6215.7315.5015.32

6.736.766.7915.5515.7715.79

6.706.737.0015.4615.8816.33

R0.090.070.490.270.621.36

表4补充实验和结果

上游最大应力

（兆帕）下游最大应力

坝踵拉应力（兆帕）坝趾压应力（兆帕）

最不利组合

无松弛应力12.03－20.716.35514.63

最不利组合应力14.21－24.057.13916.91

4.监测数据的灵敏度分析

上述对于锦屏1号拱坝关于开挖松弛对拱坝工作性能影响的分析是建立在大坝的外形以及假设松弛区域面积和松弛程度已知的基础上。

本节关于松弛对拱坝性能影响的依据为开挖过程中所获得的监测数据。

锦屏1号拱坝的基础开挖的地球物理监测数据如表5所示，爆炸松弛在开挖过程中被发现，深度范围从0.6至3米。

因此影响分析主要集中在松弛深度和松弛程度上，并没有着眼于松弛区的高度。

既然前面部分已经指出松弛深度对坝应力影响不大，下面的分析是基于锦屏1号的地球物理监测数据和仅考虑和模仿松弛深度的两个极限（上限和下限）条件，如表5所示。

研究松弛的程度，根据该岩石模量的监测数据的变化范围（见表5）该模量的值取五分之一。

对于所提及的情况下，获得10种工作条件。

大坝应力特性最大值示于表6，应力特性和松弛之间的关系如图3。

从以上表6和图3可以看出，在有松弛的情况下和没有送吃的情况下相比，坝主应力的最大值增大一些；大坝主应力对松弛的程度更敏感，但受松弛深度的影响不大。

由于岩石松弛的增加，岩石模量降低，主应力

和

的最大值趋于增加，这与上述正交实验的分析结论是一致的。

对于正常应力的情况下，所得到的坝踵拉应力和坝趾压应力也与上述的正交试验结果分析相一致，但它们和大坝主应力存在较小程度上的差别。

可以从坝趾的压缩应力曲线图3中看出，坝趾压缩应力随着轻微的松弛有微量减小，并且压缩应力随松弛程度的增加减小，然后压缩应力随着松弛程度的变强增加。

但一般情况下，坝趾压缩应力的增加可能会导致拱坝体内应力的再分配。

从图3中也容易看出随着松弛程度的增加，上游和坝踵的拉应力以及下游的压应力都有增加的趋势，但坝趾的压缩应力有减小的趋势。

5.结论

本文主要运用正交试验法研究基础开挖松弛对拱坝工作性能的影响，可得出如下结论。

1）基础开挖松弛对大坝的性能有明显的影响。

一般而言，松弛会增加大坝上游的拉伸应力和下游的压缩应力，并且对大坝应力状态产生不利影响，这有损于拱坝的安全。

2）松弛区域岩石弹性模量的降低是影响大坝应力的主要因素。

随着弹性模量降低，该区域大坝应力受松弛程度的影响趋向于变得更大，而松弛的高度分布和深度对大坝应力的影响。

一般的，大坝应力随着松弛程度的增加而增加，因此，需要在岩石的松弛区域进行固结灌浆以增大岩石模量，并能有效地提高了大坝的应力条件。

3）岩石地基开挖松弛对邻近的大坝应力有巨大的影响，但对较远区域的影响不大。

4）本文所获得的结果及结论仅适用于锦屏1号拱坝，对于更一般的情况，有待做进一步研究。

这项工作得到了中国国家重点基础研究发展计划委员会（批准号：

2007CB714104）和中国国家自然科学基金会

（批准号：

51079045）的支持。

指导教师评语：

（要求指导教师手写，字数自己斟酌，不要太少。

）

指导教师签字：

年月日