《水工建筑物》结构模型教学实验重力坝断面结构模型试验 李桂荣
2013-3-22
混凝土重力坝断面结构模型试验
1．模型试验的原理
模型试验的理论基础就是相似原理。我们研究的对象主要是水利和土建工程中的混凝土建筑物及地基。需要通过模型模拟的主要有荷载的类型及大小，建筑物的几何形状和材料的物理力学性能。为了使模型上产生的物理现象与原型相似，模型材料、模型形状和荷载等必须遵循一定的规律，这个规律就是相似原理。 水工结构模型试验要解决的问题，是将原型水工建筑物上的力学现象缩小到模型上，从模型上模拟出与原型相似的力学现象中，量测应力、位移和安全度等，再通过一定的相似关系推算到原型建筑物。模型试验如果能正确地解决模拟问题，同时又采用了精确的量测方法，则其所得成果就可能较好地反映原型的实际情况。
2.试验任务板栗开口机
对所取坝段的断面结构模型进行一次应力试验，提供大坝在上游正常蓄水位作用下的坝基面上应力的分布和坝体位移变化情况的试验成果。
3．原型的基本资料：
坝型为混凝土实体重力坝，坝高为81m，坝顶宽12m，坝底宽60m，下游坝坡1：0.75。坝体混凝土弹性模量E1=19200Mpa，坝基岩体弹性模量E2=19200Mpa，E3=11600Mpa，基岩材料分布图4-1。混凝土与基岩材料的泊松比均为μ1=μ2=0.2，坝体混凝土容重3
r ，上游正常蓄水位78m。
KN
24m
/
4.模型设计
4.1相似常数
根据线弹性模型的相似要求结合本次试验，原型（P）与模型（M）各物理量之间保持下列相似关系：
几何比尺：C L=L P/L M=100
弹性模量比尺：C E=E P/E M=6
反渗透浓水>亚克力纸巾盒容重比尺：Cγ=γP/γM= Cσ/ C L
应变比尺：Cε=εP/εM=1
应力比尺：Cσ=σP/σM=6
位移比尺：Cδ=δP/δM=100
泊松比比尺：Cμ=μP/μM=1
4.2相似模型
本次试验的模型材料采用石膏材料，模型是根据相似要求将石膏粉和水按照不同的比例浇注成块体，经过烘干、加工、制作而成。模型的具体尺寸和材料分区见图4-1。
图4-1 相似模型
1-坝体； 2-基础；3-基础材料分界线
基础模拟的范围
上游重力坝断面模型基础模拟范围的基本原则是: 上游坝基长度不小于1.3倍坝底宽度或1.0倍坝高；下游坝基长度不小于2.0倍坝底宽度或1.5倍坝高; 坝基深度不小于1.5倍坝底宽度或1.0倍坝高。在有特殊地质构造时，边界范围还要适当增加。
上游基础长度下游基础长度基础深度模型（cm）83.00 158.00 83.00
原型(m) 83.00 158.00 83.00
4.3模型荷载（原型坝段取10m）
垂直荷载：垂直荷载为坝体自重和坝基扬压力的叠加。硬件监控
图4-2 坝体自重荷载计算简图（单位;cm）
说明：1、图中虚线表示坝体自重分块的分界线
α）情况考虑，按图4-3坝基扬压力：扬压力计算按有帷幕，无排水（5.0
=
所示分块计算各分块
图4-3 坝基扬压力计算简图（单位;cm ）
说明：1、图中虚线表示扬压力分块的分界线
上游静水压力：首先计算大坝在正常蓄水位情况下的模型所要施加的上游总水压力，然后再按式（4-1）计算出油泵压力表读数表p （MPa ）。
A
p
p ⨯=
5表 （4-1） 式中：p 为模型所要施加的上游总水压力（KN ），表p 油泵压力表读数。A 为油压千斤顶活塞的面积(5.75cm 2)。 4.4荷载计算液压阀体
7．1原型荷载（坝段长B=10米） 坝体自重：
1、81*12*10*24=233280KN
2、（64+40）*18/2*10*24=224640 KN
3、（40+20）*15/2*10*24=108000 KN
4、1/2*15*20*10*24=36000 KN 上游水压力：
1/2*10*78*78*10=304200KN 坝基扬压力：
1、[（6*39）*1/2+(39*6)+（22+39）*6/2]10*10=57210KN
2、（34.7+21.7）*18/2*10*10=50670 KN
3、（21.7+10.8）*15/2*10*10=24300KN
4、（15*10.8）1/2*10*10=8100 KN
接
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