六庫水電站RCC縱向圍堰堰基應(yīng)力應(yīng)變及穩(wěn)定性淺析

1、六庫水電站RCC縱向圍堰堰基應(yīng)力應(yīng)變及穩(wěn)定性淺析    摘要：采用二維和三維非線性有限元分析方法，研究了六庫水電站RCC縱向圍堰堰基應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上對(duì)防滲墻各截面的剪力、軸力和彎矩進(jìn)行計(jì)算研究，提出了配筋方案。計(jì)算表明，堰體位移大，堰體與防滲墻接頭處附近存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，防滲墻的防滲效果顯著，分載作用明顯，右防滲墻承受的彎矩更大些，應(yīng)加大其配筋率。 關(guān)鍵詞：有限元 圍堰 應(yīng)力 應(yīng)變 防滲墻 配筋率 Stress and Stability 

2、Analysis of Longitudinal RCC Cofferdam Foundation of  Liuku Hydropower Station Abstract   The stress state and stability of longitudinal RCC cofferdam foundation of Liuku 

3、;hydropower station are studied using 2D and 3D non-linear finite element method. Then the shear 、axial force and bending moment of governing sections of anti-seepage walls

4、60;are studied. The result shows that the movement of cofferdam is large and the stress concentrates in joint of cofferdam and anti-seepage walls(/). Besides, leakage-prevention

5、60;and load-carrying capacity of anti-seepage walls can meet engineering requirement and the steel reinforcement rate of right anti-seepage wall should be increased due to its 

6、;larger bending moment.Key words&nbs        p;  finite element method，cofferdam，stress，deformation，anti-seepage walls, steel reinforcement rate 一 工程概況六庫水電站壩址區(qū)位于云南省怒江州首府六庫城上游4.5km處的怒江“U”型峽谷中，江

7、水流向由北東轉(zhuǎn)為南西流出壩址。六庫水電站為河床式電站。樞紐工程總體呈“一”字型布置，主體建筑物由混凝土重力壩、溢流壩、泄洪沖砂閘、主、副廠房等部分組成?？v向碾壓混凝土圍堰為永久建筑物，工程導(dǎo)流結(jié)束后不再拆除。縱向碾壓混凝土圍堰左側(cè)設(shè)有4孔7.5m×10.0m沖砂孔，底板高程798.0m，建基面高程794(工學(xué)/水利工程 論文 /).5m。為了滿足加固邊坡、防止堰基掏刷及基礎(chǔ)防滲要求，在堰基部位設(shè)置兩道鋼筋混凝土防滲墻（連續(xù)墻）。縱向圍堰堰基座于沖積層上，沖積層厚度為15m20m，基巖為擠壓破碎巖體，厚25m30m，以散體結(jié)構(gòu)為主。沖積層滲透系數(shù)K=27.58 m/d5.69

8、m/d,屬強(qiáng)中等透水性。沖積層以下為灰質(zhì)粉晶白云巖。該地段分布的斷層有F4、F5、F2-1，它們和圍堰軸線成大角度斜交，呈陡傾角穿過堰基。由于特殊的地質(zhì)條件和巖層分布，六庫水電站縱向碾壓混凝土圍堰基礎(chǔ)穩(wěn)定是本工程的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。二 有限元分析原理2.1巖體強(qiáng)度與本構(gòu)模型   六庫水電站縱向圍堰堰基主要由軟弱的砂卵礫石層和下伏散體結(jié)構(gòu)組成，其特點(diǎn)是變形和強(qiáng)度力學(xué)指標(biāo)低，易于發(fā)生塑性流動(dòng)和屈服。為此，本次有限元分析采用低抗拉的巖體彈塑性本構(gòu)模型開展研究。   按低抗拉彈塑性模型分析，壩基巖體材料開裂條件用宏觀強(qiáng)度描述:表&l

9、t;   （3）彈塑性矩陣為：             （4）               式中：2.2軟弱結(jié)構(gòu)面非線性分析模型按層面法向抗拉材料分析，剪切滑移按Mohr-Coulomb條件校核：        

10、;          （5）         式中Cj和tgj分別為軟弱夾層抗剪強(qiáng)度參數(shù)。對(duì)于破碎帶寬度較大的斷層，按不抗拉彈塑性材料分析，是否進(jìn)入塑性狀態(tài)的判別條件仍采用Drucker-Prager準(zhǔn)則，只是材料摩擦系數(shù)和凝聚力改用斷層的相應(yīng)值，本構(gòu)矩陣仍沿用（4）式。 2.3縱向圍堰穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算方法在巖體穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)中，常常采用以下三種穩(wěn)定安全系數(shù)評(píng)價(jià)方法：（1）點(diǎn)強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)（2）

11、基礎(chǔ)整體抗滑安全系數(shù)：包括超載安全系數(shù)、強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)以及兼顧超載和強(qiáng)度儲(chǔ)備的綜合安全系數(shù)。（3）基礎(chǔ)抗滑安全系數(shù)的條分法，例如瑞典圓弧法。本次有限元分析以強(qiáng)度儲(chǔ)備法為穩(wěn)定安全性的主要評(píng)價(jià)方法，并輔以瑞典圓弧法。強(qiáng)度儲(chǔ)備法計(jì)算的基本方法是假定荷載不變，通過逐級(jí)下浮巖體強(qiáng)度參數(shù)，分析堰基變形破壞演變發(fā)展過程與超載倍數(shù)的關(guān)系，尋求堰基整體滑移時(shí)相應(yīng)的巖體強(qiáng)度參數(shù)下浮倍數(shù)Kc，即作為堰基整體抗滑穩(wěn)定的強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)。<SPAN分析中，其基本內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：（1）根據(jù)質(zhì)量守恒及達(dá)西(Darcy)定律，對(duì)二維四個(gè)典型剖面分別進(jìn)行汛期和枯期不同工況下的二維滲流場(chǎng)有限元計(jì)算以及在汛期工況下的

12、三維滲流場(chǎng)有限元計(jì)算。（2）采用二維、三維線形有限元按彈性本構(gòu)模型，分別計(jì)算堰體自重、堰體自重汛期水頭、堰體自重枯期水頭工況下四個(gè)典型二維剖面和三維情況下的縱向碾壓混凝土圍堰變形及穩(wěn)定性。（3）采用二維非線形有限元按彈塑性本構(gòu)模型，分別計(jì)算和研究堰體自重汛期水頭、堰體自重枯期水頭工況下四個(gè)典型二維剖面分別在逐級(jí)下浮巖體強(qiáng)度參數(shù)Kc下的堰基變形破壞演變發(fā)展過程及整體穩(wěn)定安全度。（4）采用三維非線形有限元按彈塑性本構(gòu)模型，研究堰體自重汛期水頭工況，巖體強(qiáng)度下降Kc=1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.8六種方案下的堰基變形破壞演變發(fā)展過程及整體穩(wěn)定安全度。（5）分別計(jì)算四個(gè)典型二維剖面在自重、汛期、枯期水載作用下防滲墻及墊層所承受的軸力N，彎矩M和剪力Q，對(duì)防滲墻及墊層進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。五、計(jì)算結(jié)果與分析5.1滲流分析   對(duì)比二維和三維滲流分析可知，平面及三維滲流場(chǎng)分析結(jié)果所得各剖面水頭分布和滲壓分布規(guī)律相近。均表現(xiàn)為：水頭在兩道防滲墻處迅速折減；而在砂卵沖積層和基巖則衰減緩慢?？萜跐B壓均小于汛期滲壓。由滲壓分布還可發(fā)現(xiàn)，兩道防滲墻之間的滲壓基本無折減（圖4）。 圖4&