重力壩泄洪閘邊墩穩定性數值模擬研究分析

陳 微

(方正縣雙鳳水庫綜合服務中心，黑龍江 方正 150800)

1 概 述

水利工程建設需結合工程地實際，充分掌握壩址區的工程地質、水文氣象條件。重力壩設計施工過程中，首先保證結構設計合理，其次科學安排工期[1]。在重要建筑及復雜施工工藝時，常采用力學及仿真實驗進行模擬，取得一定成效。目前國內普遍采用數值模擬及仿真技術進行工程應力分析計算，有限元模擬大壩在開挖、澆筑、養護不同階段[2]，實現大壩在壩工設計、施工方法、溫控措施等方面的合理控制，通過計算分析判斷結構合理性，提出設計優化措施，取得一定的的經濟效益和社會效益。

2 工程實例

2.1 工程概況

某水電站在中國西北省份境內，為河段的梯級開發電站。工程規模為中型Ⅲ等，主要建筑物為3級，臨時建筑物為4級，樞紐區建筑物主要有：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[4]。重力壩泄底孔有限元模擬圖，見圖1；閘墩體形圖，見圖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，見表1。

表1 泄洪閘邊墩剖面位置表

2.3 計算結果

文章計算出3種剖面的應力應變值[5]，1#剖面X方向正應力sx，見圖3；1#剖面Y方向正應力y，見圖4；1#剖面Z方向正應力z，見圖5；1#剖面XY平面剪應力τxy，見圖6；2#剖面X方向正應力sx，見圖7；2#剖面Y方向正應力y，見圖8；2#剖面Y方向正應力y，見圖9；3#剖面X方向正應力sx，見圖10；3#剖面Y方向正應力y，見圖11；3#剖面Z方向正應力z，見圖12。

圖3 1#剖面X方向正應力sx

圖4 1#剖面Y方向正應力y

圖5 1#剖面Z方向正應力z

圖6 1#剖面XY平面剪應力τxy

圖7 2#剖面X方向正應力sx

圖8 2#剖面Y方向正應力y

圖9 2#剖面Y方向正應力y

圖10 3#剖面X方向正應力sx

圖11 3#剖面Y方向正應力y

圖12 3#剖面Z方向正應力z

由上述圖示結果可得，順水流向最大正拉應力為1.352MPa，出現在左邊墩與弧門支承梁連接部位，拉應力3種工況基本一致。邊墩壓應力值均較小，出現位置基本同拉應力。沿壩軸線方向正拉應力最大為0.315MPa，在左邊墩的外側底部，最大壓應力為2.324MPa，在左邊墩底端內側。豎直向拉應力最大值為0.951MPa。泄洪閘邊墩水平向位移最大變形量為2.763mm，,其它兩個方向相對較小。

泄洪閘邊墩應變計算結果，見表2；閘墩位移計算結果，見表3。

表2 閘墩應變計算結果

表3 閘墩位移計算結果

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

3 結 論

文章基于有限元分析和數值分析原理，建立三維數值模型計算某大壩的泄洪閘邊墩應力變形，四種不同工況結果反應閘墩與弧形閘門交接處應力應變較明顯，應力值均較小。閘墩局部應力較大位置應加強鋼筋布設，提高結構承載能力。結果表明，對泄洪底孔壩段應力變形的計算結果符合一般規律，閘墩結構安全穩定。