3.6 堆石体变形及面板结构受力计算结果分析
本章选用的施工方案作为卡基娃面板堆石坝数值分析的初步方案，根据其设计施工状况进行数值计算得到的结果与实际施工条件下的面板受力情况必然有一定的差距，但在误差允许的范围内，对堆石体变形结果和面板的应力分析就具有实际的参考价值。因此，以下将根据基于MARC得到的一系列计算数据对面板的模拟应力状态进行详细的分析，并参考混凝土面板的相关热力学性能做出合理的分析预测，改进施工条件，完善原施工方案。
3.6.1 施工阶段各期堆石体及面板变形
利用MARC强大的后处理功能，对于各个施工阶段结束的堆石体及面板的位移和应力状态变化进行输出，得到如下的一系列图形。
1.一期施工结束时堆石体变形图
图3.6及图3.7的数据表明，一期施工结束时，竖直方向的最大位移（即竖直方向的沉降变形）为-0.470m，最大沉降发生的位置在一期堆石体的中间区域，这是因为逐级加载时下一级堆石体荷载的影响总是从两侧向中间收缩的缘故。
图3.6 面板坝一期堆石体施工末期堆石体变形前后的单元网格（×10倍）
图3.7 面板坝一期堆石体施工末期堆石体垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
另外，图3.8显示在面板坝一期堆石体施工末期上游面垂直坝坡方向的最大位移约为-0.142m（以垂直坝坡向上为正方向），发生在一期填筑断面的最大高程2740.00～2750.00m之间。沿坝坡方向的最大负位移为-0.055m，发生在高程2740.00m处，观察网格单元的变形图可以发现在该高程处的单元凹进的趋势最为明显。
这时由于一期混凝土面板并未开始浇筑，因此堆石体的变形不会引起面板产生内应力。
2.二期施工结束时堆石体及面板变形图
图3.9及图3.10的数据表明，二期施工结束时，竖直方向的最大位移为-0.531m，最大沉降发生的位置在二期堆石体的中间偏上游区域，这是因为逐级加载时下一级堆石体荷载的影响总是从两侧向中间收缩的缘故。
图3.8 面板坝一期堆石体施工末期上游面垂直坝坡方向变形dv和沿坝坡方向变形du
图3.9 二期施工结束时变形前后的单元网格（×10倍）
另外，图3.11显示在面板坝一期堆石体施工末期上游面垂直坝坡方向的最大位移约为-0.142m（以垂直坝坡向上为正方向），发生在一期填筑断面的最大高程2740.00～2750.00m之间。沿坝坡方向的最大负位移为-0.055m，发生在高程2740.00m处，与一期施工结束时相比，堆石体的变形不大。
3.一期面板施工结束时堆石体及面板变形图
图3.12和图3.13显示，二期面板施工结束时，堆石体竖直方向的最大位移为-0.653m，最大沉降发生的位置仍在中部偏上游区域。
图3.14的结果表明，二期面板施工结束时上游垂直坝坡方向的最大位移为-0.144m，发生在高程2740.00m处，沿坝坡方向的最大位移为-0.0597m，同样发生在高程2740.00m处。相对于一期结束时，其垂直坝坡方向和沿坝坡方向位移增量数值均随着高程的增加而略有增加，即越往上堆石体的沉降变形相对于原设计断面越明显。这是由于三期堆石体施工初期的加载时加入了一期面板的施工，而面板的自重进一步对上游堆石体的沉降变形产生了影响。
图3.10 二期施工结束时垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
图3.11 面板坝二期堆石体施工末期上游面垂直坝坡方向变形dv和沿坝坡方向变形dv
图3.12 一期面板施工结束时变形前后的单元网格（×10倍）
图3.13 一期面板施工结束时垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
图3.14 一期面板完工时二期堆石末上游面垂直坝坡方向变形dv和沿坝坡方向变形du
图3.15显示的是一期面板施工结束时面板在u、v方向上的变形量，可以发现沿坝坡方向面板的位移量极小，而垂直于坝坡方向的位移量最高达-0.142m。考虑到一期面板是在三期堆石体填筑初期进行浇筑的，因此需要扣除之前堆石体本身的沉降变形，对比图3.14可知，2685.00m至2740.00m高程段的垂直于坝坡方向的位移曲线形状相似且最大位移量相当，这也就表明在垂直于坝坡方向堆石体和混凝土面板二者的变形基本是一致的（堆石体的变形稍大一些），可能会产生极小的缝隙和漏空，但不影响整体稳定性；而在沿坝坡方向面板基本未发生移动，而堆石体则有沿坝坡向下移动的位移，二者的变形差在1cm以内，因此也表明二者之间发生了一定程度的“滑移”。
图3.15 一期面板完工时面板沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
4.三期施工结束时堆石体及面板变形图
由图3.16和图3.17可知，三期堆石末竖直方向的最大沉降达到1.013m，最大沉降发生的位置位于堆石体的中上部，堆石体变形进一步加大。从图3.16中发现高程2755.00～2765.00m处上游面的垂直坝坡方向的变形有一个突增，因此该高程处单元的变形也比较剧烈，在10倍放大因子下可以看出单元有明显的向内凹陷的现象，这也表明在三期施工开始之后表层堆石体受到较大的荷载冲击而变形较大，这种情况应该重视，因为可能会影响到后期上层面板的浇筑。当然实际工程施工由于采用较为合理的施工措施，因此这种情况并不突出。
图3.16 三期堆石末堆石体变形前后的单元网格（×10倍）
图3.18显示三期堆石末上游面垂直于坝坡方向的最大位移为-0.134m，沿坝坡方向的变形量较小。
比较图3.18和图3.19的曲线，面板和堆石体在垂直于坝坡方向的变形值的变化基本一致，且堆石体的变形略大于面板，因此此时面板仍旧与堆石体结合良好，未出现明显的脱空；而沿坝坡方向在2705.00m高程以上堆石体沿坝坡发生较为明显的移位，因而会与面板进一步发生“滑移”，u方向的滑移量约在0.05～0.1m。
图3.17 三期堆石末堆石体垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
图3.18 三期堆石末上游面垂直坝坡方向变形dv和沿坝坡方向变形du
5.二期面板浇筑完成时堆石体及面板变形图
由图3.20和图3.21可知，三期堆石体施工末期竖直方向的最大沉降达到1.216m，最大沉降发生的位置位于堆石体的中上部，虽然堆石体变形进一步加大。从图3.20中发现高程2780.00～2800.00m处上游面的垂直坝坡方向有较大的变形，在10倍放大因子下可以看出单元有明显的向内凹陷的现象，这也表明在三期施工开始至四期施工初期的时间段内表层堆石体受到较大的荷载冲击而变形较大。
图3.19 三期堆石末一期面板沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
图3.20 二期面板完工时堆石体变形前后的单元网格（×10倍）
对比图3.22和图3.23表明，在垂直于坝坡方向上二期面板和堆石体在对应高程处的位移量基本相当，变形一致，因此二期面板没有出现脱开现象，最大变形为0.34m。而在u方向上面板和堆石体的位移略有差异，因此堆石体相对于面板发生了向下游的“滑移”。
6.四期施工结束时堆石体及面板变形图
四期堆石末，二期、三期面板以及整体断面的堆石填筑就全部完成，由图3.24和图3.25可知，此时的最大竖向位移达到-1.446m，最大沉降位置在堆石体的中部略偏向下游处。
对比图3.22和图3.26的图形可知，四期施工结束时，二期面板沿坝坡方向的位移略有增大，达到-0.407m；四期堆石末沿坝坡方向的变形差与前面基本相同，但考虑到其变形量约等于0，故可以忽略之；混凝土面板的u方向变形仍旧远小于堆石体的u方向变形。
图3.21 二期面板完工时堆石体垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
图3.22 二期面板完工时二期面板堆石体沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
对比图3.23和图3.27的图形可知，四期施工结束时，堆石体沿坝坡方向的位移同样略有增大，达到-0.411m；四期堆石末沿坝坡方向的变形也增大到0.15m。
比较图3.26和图3.27可知，堆石体的“滑移”现象进一步加重，垂直于坝坡方向上面板与堆石体的变形虽然略有增加，但仍然接触良好。
7.三期面板浇筑完成时堆石体及面板变形图
图3.28和图3.29表明，三期面板和坝体全部施工结束后，最大竖向位移达到-1.451m，最大沉降位置在堆石体的中部，与三期面板施工前相比增加不明显，可见此时面板对堆石体的沉降影响很小。
图3.23 二期面板完工时堆石体沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
图3.24 四期堆石末堆石体变形前后的单元网格（×10倍）
图3.25 四期堆石末堆石体垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
图3.26 四期堆石末二期面板沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
图3.27 四期堆石末堆石体垂直坝坡方向变形差dv和沿坝坡方向变形差du
由图3.30可知，三期面板网完工时面板在u方向上的位移可以忽略，而v方向上位移数值随着高程增加逐渐减小，最大位移为-0.04m，发生在高程2805.00m处。对比图3.30和图3.31可知，在u方向上面板和堆石体的位移略有差异，因此堆石体相对于面板发生了向下游的“滑移”，约为0.15m。而在v方向上三期面板和堆石体在对应高程处的位移量基本相当，变形一致，因此三期面板没有出现脱开现象。
图3.28 三期面板完工时堆石体变形前后的单元网格（×10倍）
图3.29 三期面板完工时堆石体垂直方向变形的位移（×1倍）（单位：m）
这里需要注意的一点是由于混凝土面板在u方向上的变形很小，而建模时其沿坝坡方向的长度是固定的，因而计算至面板浇筑时实际的浇筑长度应该是堆石体沉降变形发生以后的长度，而面板的长度实际上在模型中并没有改变。因此在二期、三期面板衔接的地方会出现混凝土面板局部过长而拱起的现象，这并非实际情况，对结果精度可能会造成一定的影响，特此说明。
3.6.2 面板结构受力分析
混凝土面板开始浇筑时，面板和堆石体二者的滑动力和抗剪力比较接近，面板受到其自重作用、堆石体的摩擦力和支撑力等的作用。但随着面板施工完成，之后堆石体的填筑以及其产生的流变变形均会使得面板和堆石体间的变形差越来越大，并由此产生“滑移”，而这里主要考虑面板的受力为面板自重以及堆石体的支承作用。
图3.30 三期面板完工时三期面板沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
图3.31 三期面板完工时堆石体沿坝坡方向变形du和垂直坝坡方向变形dv
由3.6.1节的分析中可知，一期面板除与堆石体发生滑移外，垂直于坝坡方向并未出现明显脱空，而仅仅是由于堆石体上游表面部分的不均匀变形而形成的部分漏空，而在二期、三期面板浇筑时这种情况也同样存在。
下面以一期面板上部与垫层接触的1842号节点为例，对一期面板后期受堆石体填筑和面板浇筑的影响进行分析。
从图3.32和图3.33可以看出，在堆石体50～56级加载作用下，一期面板和堆石体在v向的变形基本是一致的，接触良好，v方向应力在合理范围之内；在u方向堆石体发生小规模“滑移”外，面板在该方向的应力减小。
图3.32 一期面板1842号节点50～56级加载段垂直于坝坡方向的应力-时间关系
图3.33 一期面板1842号节点50～56级加载段沿坝坡方向的应力-时间关系
对于三期面板则不会受到施工的影响，3.6.1节计算的结果曲线也显示这两期面板在不考虑堆石体流变的情况下与堆石体贴合良好，面板状况良好。
综上所述，在原有的施工方案下，面板未出现大面积脱空、鼓出和错动，但部分区域由于堆石体上游面的不均匀沉降导致面板与堆石体贴合不佳，面板与堆石体有略微的“滑移”产生，面板在整体施工结束时，蓄水之前的受力情况基本达到面板施工要求，面板出现大规模开裂的可能性极低。建议采取适当的工程措施改善这些情况，比如改进施工工艺等。