碾壓混凝土重力壩結構非線性有限元分析

侯振宇，崔 煒，劉 毅，朱銀邦，鄧檢強

(1.中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001；2.中國水利水電科學研究院，北京 100038)

近年來，中國企業在國外建設了大量水利水電工程，成就了一批有影響意義的業績[1]。歷史原因造成，很多項目應當地政府要求須依照歐洲和美國標準設計。對此，我國正在積極推進中國技術規范“走出去”[2]，以使我們的技術標準被國際廣泛接受。本文所研究的海外某水電站由中國企業承建，按美國標準設計，目前處在前期設計階段。通過三維有限元靜力和地震動力分析方法，研究該水電站最高壩段的結構受力情況，復核大壩現有結構方案的安全性，為后期方案的調整和優化提供基礎。有限元法是分析重力壩應力、變形及抗滑穩定分析的重要途徑[3- 5]。

1 工程概況

某水電站總裝機容量為2120MW，最大壩高為130m，參照美國陸軍工程兵團發布的文件設計。根據美國標準，該項目亦屬于大型項目。擋水建筑為碾壓混凝土重力壩，最大壩高在溢流壩段，頂高程為190.00m，建基面高程為60m，壩頂寬度為10m，上游壩坡1∶0.1，下游壩坡1∶0.7。上游正常蓄水位為184.00m，萬年一遇洪水位上游/下游為186.60/93.60m，可能最大洪水位上游/下游為189.10/103.50m。

大壩下游朝向為NE52°。基巖以泥巖、砂巖為主，層理面大多為近水平向或輕微傾斜，傾向N和NW，傾角0～10°。河床壩段基巖自上而下為微風化/新鮮的砂巖和泥巖。砂巖厚度約20m，其間夾若干薄層泥巖和粉砂巖。砂巖以下的泥巖厚度超過60m。

2 計算條件分析與確定

2.1 荷載組合分析

根據美國陸軍工程兵團重力壩設計手冊[6]，大壩應力及穩定需按照常遇(Usual)、不常遇(Unusual)和極端(Extreme)等3種荷載組合所包含的共7種工況計算。……