资源描述：
《竹篙滩浆砌石空腹重力坝有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、竹篙滩浆砌石空腹重力坝有限元分析范金星1,罗贝尔2,王均星2(1.湖南水利水电职业技术学院,湖南长沙410131;2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072)摘要:竹篙滩坝型选用浆砌石空腹重力坝,这对减少坝基扬压力及改善坝基应力有利,也可以减少工程投资;同时将砌渣作为空腹填料处理,可以相对增大坝体重量,对抗滑稳定有利。但空腹重力坝坝体本身应力比较复杂,尤其在空腔周围容易出现拉应力。因此,本文在考虑坝体和坝基接触部位的处理方式影响以及空腹填料和坝体接触部位的模拟等情况的基础上,应用大型有限元软件ANSYS,对溢流坝段的应力状况及抗滑稳定性进行了平
2、面有限元计算分析,为坝型进一步优化提供参考依据。关键词:浆砌石;空腹重力坝;溢流坝;有限元法中图分类号:TV642.3+2文献标识码:A1概述竹篙滩水电站水库位于酉水一级支流花垣河下游,花垣县城郊。花垣河上湖南省境内已建有金银山(正建)、骑马坡、红卫、狮子桥和双溶滩电站。竹篙滩水电站水库坝址位于狮子桥电站和骑马坡电站之间。坝址河床高程229.5m,水库正常蓄水位257.0m,相应库容2660万m3;防洪限制水位254.0m,相应库容2000万m3。竹篙滩坝型选用浆砌石空腹重力坝,其坝基排水有良好通道,对减少坝基扬压力及改善坝基应力有利;又由于前后腿嵌入基岩内,有利于
3、提高坝体的抗滑稳定性;同时,也可以减少工程投资,加快施工进度[1]。其溢流坝段剖面图如图1所示。坝体空腔内可以布置水电站厂房[2],尤其是地面厂房难以布置时;也可以放置一些填料,本工程为了提高坝体稳定性和减少处理弃渣的费用而将砌渣作为空腹填料处理,这样也可以相对增大坝体重量,对抗滑稳定有利。然而空腹填料和坝体接触部位的处理方式会对坝体应力产生影响,而且空腹重力坝坝体本身应力比较复杂,尤其在空腔周围容易出现拉应力。因此,本文主要对溢流坝段的应力状况及抗滑稳定性进行有限元计算分析,为坝型进一步优化提供参考依据。图1溢流坝段剖面图核洪水位)、淤沙压力及扬压力。其中水的重度
4、取9.8kN/m3,淤沙高程243.5m,浮重度13kN/m3,扬压力按规范给定的分布图形,并取扬压力折减系数为0.25。水库特征水位如表1所示。表1特征水位m基本参数基本组合作用(工况1)包括自重、水压力(正常蓄水位)、淤沙压力及扬压力;特殊组合作用(工况2)包括自重、水压力(校2工况上游水位下游水位工况1:正常蓄水位工况2:校核洪水位259.5260.3229.0242.61收稿日期:2009205220作者简介:范金星(19642),男,高级工程师。由于一般基岩的渗透系数远大于混凝土及浆砌石料,坝体相对于基岩可视作不透水材料,因此水荷载施加方式将坝体作95竹篙
5、滩浆砌石空腹重力坝有限元分析范金星罗贝尔王均星为不透水体,而坝基岩体透水。将坝体内存在的渗透体积力简化为面力作用在上下游坝面的水压力和作用在建基面上的扬压力;坝基则施加通过渗流分析求出的渗透体积力。坝基岩体岩性较均一、断裂不甚发育且充填胶结良好、构造破坏轻微岩体完整性较好。因此计算中将基础岩石视为各向同性,溢流坝段弹性模量取为9GPa,泊松比取为0.2。坝体材料主要采用浆砌石材料、C15混凝土和C20混凝土,各材料参数指标如表2所示。此外,混凝土和岩石抗剪断参数为f=1.0,c=0.7MPa。表2材料参数指标重度/(kN·m-3)弹性模量/GPa材料名称泊松比浆砌石
6、材料C15混凝土C20混凝土2390.252417.50.16724240.167文献[3]规定,混凝土的允许应力按混凝土的极限强度除以相应的安全系数确定;混凝土抗压安全系数,基本组合应不小于4,特殊组合应不小于3.5;当局部混凝土有抗拉要求时,抗拉安全系数不应小于4;因此两种工况下各混凝土允许抗压强度如表3所示。图2溢流坝段有限元网格图剪作用。因此,本文对坝体和基岩的接触部位采用设置接触单元的方法模拟。另外要说明的是,虽然齿墙上游侧及底部已经被拉开,实际上这些部位同基岩的相对位移都在2mm以内。表3混凝土抗压强度表MPa空腹填料和坝体接触部位的模拟及弹模的影响本工
7、程为了提高坝体稳定性和减少处理弃渣的费用而将砌渣作为空腹填料处理。在对填料和空腹接触部位不做任何处理(即直接通过共节点联结)的情况下,由于受共节点处的位移协调条件的约束,填料对空腹产生了拉拽作用,这将对空腹拱顶及部分直线段产生很大的拉应力,这种情况是不可能发生的。实际上,空腹填料的存在对空腹处的应力有一定影响,考虑到填料和坝体之间的作用方式和填料特性,即填料仅对坝体产生受压作用,并不起到传递坝体应力的作用,填料本身强度较坝料低很多,因此填料和空腹接触部位采用了接触单元,允许填料和坝体之间产生相互挤压、滑动和分离。本文对填料弹模进行敏感性分析,如表4所示。表4溢流
