某水库混凝土面板堆石坝应力变形分析研究.pdf

人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 2期 层和过渡层材料参数视 为一致 ， 堆石 区材料 单独分 区 ， 参 数单 独选取， 具体参数见表 1 。另外 ， 垫层 、 过渡层受压时法向劲度 系数 为 5 0 0 MP a m， 受拉时法 向劲度系数为 1 k P a m， 切向劲 度 参数为 5 0 0 0； 主堆石区材料水平渗透系数、 垂直渗透系数均为 1 1 0m s ， 材料试验参数K =1 6 0 0 。面板垫层料重度为2 5 k N m ， 弹性模量为2 8 G P a ， 剪切模量为 1 1 9 9 6 6 G P a ， 渗透系 数为 1 1 0一m s ， 凝聚力为 0 。 表 1 材料参数 注 ： Kl， 为体积模量； I n为体积模量指数 ； n为切 向劲度指数； 为破坏 比； 为摩擦角； C为凝聚力； 摩擦角随小主应力减小系数。 4 土石坝应力变形计算 对图 1 所示堆石坝的二维模型采用 6节点三角形单元进 行网格剖分， 见图2 。根据新建堆石坝的实际工作状况， 对堆石 坝填筑竣工期、 蓄水至正常水位两种工况进行分析计算。 图 2 计算网格 剖分 4 1 工 况 一 在自重荷载作用下坝体发生垂直位移和水平位移 ， 竖向位 移最大值为4 6 7 c m， 发生在堆石坝坝体内部 1 2坝高( 令坝高 为 ) 处， 除去上游面板和垫层料外， 堆石坝的垂直位移等值线 綦本对称。在不同的交界面上， 位移不连续。在 自重荷载下， 坝体的最 大负 向水平位移为 一 0 4 7 8 m， 发生 在副坝下游侧 ( 3 5 4 3 ) H范围内； 最大正向水平位移为 0 3 5 9 c m， 发生在坝的 下游侧( 1 5 2 5 ) H范围内。 竣工期最大主应力等值线见图3 。由图3可知， 竣工期的 最大主应力为垂向压应力， 大小为 2 9 7 0 l k P a ， 坝体的垂直应 力大体接近于上覆土石的 自重应力， 随着坝体的不断升高， 坝 体主应力也随之增加， 但主应力比变化不大， 可以视为常数。 图3竣工期最大主应力( 单位： k P a ) 4 2工 况 二 蓄水至正常水位时竖向位移最大值为4 6 7 c m， 发生在坝 体中部距坝顶 0 5 H附近， 除上游面板和垫层料外， 堆石坝的垂 直位移等值线基本对称。另外堆石坝上游坝脚处压重体有一 定程度的沉降变形 。和工况一相比 ， 堆石坝各 部位 的竖 向位移 值基本未变， 即蓄水对坝体的竖向位移影响不大。水平位移负 2 3 4 向最大值为0 4 7 4 c m， 发生在堆石坝体的下游坝坡上， 位置在 0 7 5 H 处， 指向上游侧 ， 蓄水期坝体发生自中轴线向两边的顺河 向水平位移 ； 蓄水前后水 平位移 变化不 大 ， 蓄水后 坝体上 游侧 的负向位移略有减小 ， 最大值由0 4 0 8 c m下降为0 4 0 4 C l n ， 坝 体下游侧的位移略有增加， 说明蓄水对混凝土面板堆石坝的水 平位移基本无影响。水平位移正向最大值为0 4 3 7 C n l 。 分析蓄水至正 常水位时最大 主应 力等 值线 可知 ， 蕾水至正 常水位时主应力最大值为 2 9 7 0 9 k P a ， 和竣 工期相 比基本无变 化。坝体的垂直应力大体接近于 覆土石的自重应力， 随着坝 体的不断升高， 坝体主应力也随之增加， 但主应力比变化不大， 可以视为常数。 蓄水期面板的挠曲方向大致平行于法线方 向， 随库水位的 升高， 面板挠度增大， 在最后蓄水阶段， 面板挠度显著增大， 面 板大部分区域在顺坡 向、 坝轴 向都处 于受压状 态 ， 在周边 出现 单 向或双向受拉状态 。周边 缝一旦 张开 ， 法 向错动 多向坝 内， 堆石体的流变变形一般在满蓄期已经完成 ， 以后随时间会有一 定的发展， 在整个施工期和蓄水期， 堆石体都会出现一定程度 的流变。蓄水至正常水位 1 6 2 m时， 面板的最大挠度发生_在 游坝坡和堆石体的交界处， 面板沿法向的最大挠度为 0 7 1 c 正常蓄水期至校核洪水位 1 6 5 4 7 m时， 面板沿法向的最大挠 度为 1 0 3 c m， 发生在上游坝坡和堆石体的交界处。 由于面板下覆 防渗 土工膜 ， 运行 期渗流主要集 中在坝体以 下透水性较强的岩基上， 因此计算断面处的岩基渗透性较弱， 其单宽渗流量计算值为4 9 91 0 m ( s m) 。 5 结论 ( 1 ) 竣工期和蓄水期坝体 2 H 3以下范围均发生 自中轴线 向两侧的顺河向水平位移； 蓄水前后水平位移变化不大， 蓄水 后坝体上游侧的负向位移略有减小， 坝体下游侧的位移略有增 加， 说明蓄水对混凝土面板堆石坝的水平位移影响较小。 ( 2 ) 坝体在竣工期和正常蓄水期应力总体_ lI ： 较小， 两种工 况下大主应力最大值分别为 2 9 7 o l 、 2 9 7 0 9 k P a ， 表明大坝的 稳定性良好。蓄水完成后面板的挠度不是很大， 蓄水至正常水 位 1 6 2 0 m时 ， 面板沿法向的最 大挠度 为 0 7 1 c m； 蓄水 至校核 洪水位 1 6 5 4 7 m时 ， 面板 沿法 向的最 大挠度 为 1 0 3 c m， 两种 工况下面板的最大挠度均发生在上游坝坡和堆石压重体的交 界处 。 ( 3 ) 在设计水位条件下， 渗流水头损失主要集中在面板趾 端及灌浆帷幕附近， 由于基岩的渗透系数较小 ， 因此面板堆石 坝的渗流量较小， 单宽渗流量为4 9 9 X 1 0 m ( S m) 。 参考文献 ： 1 蒋国澄， 傅志安， 风家骥 混凝土面板坝工程 M武汉： 湖北科学技术出版 社， 1 9 9 7 2 刘秋生， 赵华， 刘志远 堆石料湿化软化特性及计算模型研究 J 人民黄 河 ， 2 0 0 9， 3 1 ( 8) ： 8 28 3 3 沈珠江 ， 赵魁芝 堆 石 坝流 变变 形的 反馈 分析 J 水利 学报 ， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 16 4 沈珠江 土石料的流变模型及其应用 J 水利水运科学研究， 1 9 9 4 ( 4 ) ： 3 3 5 3 4 2 ( 下转第 2 3 9页) 人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 2期 同台机组涂层厚度反而有增大的情况出现， 明显不符合磨损规 律， 说明 目前采取的涂层测量方法和统计方法有待商榷， 测节 手段应进一步完善。清华大学结合与小浪底水电厂合作开展 的研究项 目也进行了涂层磨损情况的测量。测量方法是对 1 号机组同一个叶片、 同一个导叶全表面涂层厚度测量结果进行 平均， 结果见图 1 。可见， 这种方法能够反映涂层的磨蚀规律。 呈 嚣 盎 霹 j 2 0 0 5 - l J 2 0 删 时间2 0 2 0 o 7 - 1 尘 图 1 1号机组转轮及导叶涂层厚 度变化 曲线 8 结语 ( 1 ) 小浪底水电站每台机组投运前期运行工况、 设备安装 质量存在一定程度的差异， 导致每台机组的磨蚀情况差异较大， 后 期投运的1 、 2 , 3号机组磨蚀情况明显好于4、 5 、 6号机组。 ( 2 ) 在生产过程中， 对过机泥沙数据的取样分析和机组磨蚀情 况的测量相对缺乏连续性， 但从已有的数据可以得出磨蚀情况 的基本发展趋势： 过机最大含沙量、 平均含沙量 以及泥沙中值 粒径 d 如均小于设计平均值 ， 这是机组过流部件磨蚀情况较轻 的主要原 因之一。 ( 3 ) 涂层磨损测量的方法、 选取部位不同对结果有较大影 响。研究中对小浪底水电站机组转轮所有叶片和导叶磨损比 较明显的部位采取局部取样平均的方法， 实际计 算结果不符合 磨损规律， 说明现场测量手段和统计方法有待进一步完善。 ( 4 ) 小浪底水电站各机组运行时间均超过 2 0 0 0 0 h ， 从检 查情况来看， 抗磨涂层的防护效果比较明显， 水轮机过流部件 表面的磨蚀程度较轻， 达到了设计保证值标准， 说明小浪底水 电站机组水力设计比较成功。 ( 5 ) 小浪底水电站各机组 目前运行时闭相对较短， 积累的 数据有限， 对泥沙磨损情况定性和定量有待进一步研究。随着 后期蓄水位的抬升 ， 调节库容减小， 过机含沙量及沙粒直径将 逐渐变大 ， 过流部件的磨损将会 日趋严重。应继续加强对过流 部件抗磨涂层及磨蚀情况的监测， 适时采取防护措施 ， 以保证 水轮机的长期安全运行。 【 责任编辑张华岩】 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 ( 上接第 2 3 4页) 5 苗丽， 郭雪莽， 王复明 基于应力场与渗流场耦合的土坝稳定性分析 J 人民黄河 ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 9 ) ： 7 5 7 8 6 肖浩波， 顾冲时， 张燕 面板堆石坝施工期沉降二维时空分析模型 J 水电 自动化 与大坝监测 ， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 6 ) ：4 6 4 8 7 肖化文， 杨清 有限元在水布垭面板堆石坝设计中的应用 J 水力发电技 术 ， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 5 ) ： 4 3 4 8 8 黄悦照 宜兴抽水蓄能电站面板堆石坝关键技术研究 J 水力发电， 2 0 0 1 ( 5) ： 3 43 7 9 毕庆涛， 王平易 不同蓄水方案对高土石坝应力变形的影响 J 人民黄河， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 7)： 8 7 9 1 1 O 胡劲松， 王祖强， 陈雄波 三板溪水电站混凝士面板堆石坝应力变形分析 J 人 民黄河 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 7 ) ： 1 0 2 1 0 6 1 1 唐新军， 杨京 溢流面板堆石坝叠瓦式底板的抗滑稳定性分析 J 人民 黄河 ， 2 0 0 7， 2 9( 1 2 )： 8 48 6 【 责任编辑张华岩】 ( 上接第 2 3 6页) 表 s 管理房 、 管理 区绿化及物料动力消耗维修 养护修 订定额标准 3 结语 水闸维修养护项 目的修订保证了水利工程的正常维修养 护和安全运行。一方面， 巩固和发展r水利工程管理体制改革 和水利工程管养分离的成果 ； 另一方面， 为水闸工程维修养护 经费测算提供了依据， 提高了水闸： 程养护水平 ， 为充分发挥 水闸工程效益提供了技术支持。 【 责任编辑张华岩】 2 3 9