重力壩泄洪閘邊墩穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究分析

周學(xué)雷

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 緒 論

水利工程建設(shè)需結(jié)合工程地實(shí)際，充分掌握壩址區(qū)的工程地質(zhì)、水文氣象條件。重力壩設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，首先保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，其次科學(xué)安排工期[1]。在重要建筑及復(fù)雜施工工藝時(shí)，常采用力學(xué)及仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，取得一定成效。目前國(guó)內(nèi)普遍采用數(shù)值模擬及仿真技術(shù)進(jìn)行工程應(yīng)力分析計(jì)算，有限元模擬大壩在開(kāi)挖、澆筑、養(yǎng)護(hù)不同階段[2]，實(shí)現(xiàn)大壩在壩工設(shè)計(jì)、施工方法、溫控措施等方面的合理控制，通過(guò)計(jì)算分析判斷結(jié)構(gòu)合理性，提出設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，取得一定的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某水電站在中國(guó)西北省份境內(nèi)，為河段的梯級(jí)開(kāi)發(fā)電站。工程規(guī)模為中型Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)，樞紐區(qū)建筑物主要有：擋水壩、泄洪表孔、泄洪底孔、右岸電站廠房等[3]。重力壩最大壩高75m，正常蓄水位1853.00m，泄洪底孔布置在右岸，壓力鋼管8.0m×8.0m一孔布設(shè)[4]。重力壩泄底孔有限元模擬圖，見(jiàn)圖1；閘墩體形圖，見(jiàn)圖2。

圖1 重力壩泄底孔有限元模擬圖

圖2 閘墩體形圖

2.2 剖面選取

泄洪閘邊墩剖面位置表，見(jiàn)表1。

表1 泄洪閘邊墩剖面位置表

2.3 計(jì)算結(jié)果

文章計(jì)算出3種剖面的應(yīng)力應(yīng)變值[5]，1#剖面結(jié)果見(jiàn)圖3-6；2#剖面結(jié)果見(jiàn)圖7-9；3#剖面結(jié)果見(jiàn)圖10-12所示。

圖3 1#剖面X方向正應(yīng)力sx

圖4 1#剖面Y方向正應(yīng)力y

圖5 1#剖面Z方向正應(yīng)力z

圖6 1#剖面XY平面剪應(yīng)力τxy

圖7 2#剖面X方向正應(yīng)力sx

圖8 2#剖面Y方向正應(yīng)力y

圖9 2#剖面Y方向正應(yīng)力y

圖10 3#剖面X方向正應(yīng)力sx

圖11 3#剖面Y方向正應(yīng)力y

圖12 3#剖面Z方向正應(yīng)力z

由上述圖示結(jié)果可得，順?biāo)飨蜃畲笳瓚?yīng)力為1.352Mpa，出現(xiàn)在左邊墩與弧門支承梁連接部位，拉應(yīng)力三種工況基本一致。邊墩壓應(yīng)力值均較小，出現(xiàn)位置基本同拉應(yīng)力。沿壩軸線方向正拉應(yīng)力最大為0.315MPa，在左邊墩的外側(cè)底部，最大壓應(yīng)力為2.324Mpa，在左邊墩底端內(nèi)側(cè)。豎直向拉應(yīng)力最大值為0.951MPa。泄洪閘邊墩水平向位移最大變形量為2.763mm，,其它兩個(gè)方向相對(duì)較小。

泄洪閘邊墩應(yīng)變計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表2；閘墩位移計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3。

表2 閘墩應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

表3 閘墩位移計(jì)算結(jié)果

從表可看出，泄洪閘邊墩4種工況的應(yīng)力分布比較相似，工況3產(chǎn)生拉應(yīng)力最大值，位置基本位于閘墩和弧門大梁的連接部位，拉應(yīng)力在下棱角，壓應(yīng)力在上棱角位置。

3 結(jié) 論

文章基于有限元分析和數(shù)值分析原理，建立三維數(shù)值模型計(jì)算某大壩的泄洪閘邊墩應(yīng)力變形，四種不同工況結(jié)果反應(yīng)閘墩與弧形閘門交接處應(yīng)力應(yīng)變較明顯，應(yīng)力值均較小。閘墩局部應(yīng)力較大位置應(yīng)加強(qiáng)鋼筋布設(shè)，提高結(jié)構(gòu)承載能力。結(jié)果表明，對(duì)泄洪底孔壩段應(yīng)力變形的計(jì)算結(jié)果符合一般規(guī)律，閘墩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。