不均匀地基上消力池的变形与应力分析

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1、列川大学硕士学位论文第一章概论1．1论文选题依据及意义消力池最早是作为底流消能的消能设施出现的。底流消能作为一种重要的消能方式，以其水流衔接好，消能效果佳，适合高、中、低各种水头和不同的地质条件而在水利工程中得到广泛采用。据统计，国内外403座大于100m的高坝中，采用底流消能的有124座。其中俄罗斯的萨彦舒申斯克坝高242m，印度的巴拉克坝高226m，美国的得沃歇克坝高219m，都采用了底流消能：我国的五强溪、隔河岩、三峡、葛洲坝等，也都采用了底流消能的方式叹在底流消能设计中，消力池的结构稳定性是水工设计中的一个重要课题。在已建工程中，消力池由于失稳破坏的事故时有报道，有些工程甚至常

2、修常坏【l引。国内五强溪水电站右消力池于1996年遭遇特大洪水非正常泄洪，部分底板被水流掀翻冲走f2】。1969年刘家峡水电站底板被冲毁[4]。位于湘江支流上的官庄水库溢洪道于1979年在小流量的条件下即遭到破坏f5】。其他失事的工程还有万安、盐锅峡、陆水蒲圻、湖南柳林等【lJ。国外的如孟加拉的卡娜夫利工程溢洪道‘61、墨西哥的马尔巴索工程溢洪道【4】、美国的迪金森工程溢洪道【1。1、俄罗斯的萨彦舒申斯克溢洪道[12】等等，都曾经出现过消力池底板破坏的案例。因此，对于消力池失稳破坏的原因与防护问题，近年来引起了人们高度的重视。引起消力池失稳破坏的原因，主要有以下一些方面【1][11】【

3、12】：(1)消力池结构设计不合理。如水力参数取值不当，使消力池内流速过大或者发生非正常水月，冲刷底板和河床，板块的厚度或其下部锚筋设置不足，消力池难以维持自身稳定性而引起失事等；(2)泄洪调度运行管理不当，如闸门不均匀开启或单’边开启等，造成消力池内水流紊动或回流从而产过大脉动压力引起底板和边墙发生震动或者空蚀现象；(3)施工质量不好或者未按设计要求施工。如由于基础处理不善导致板块不均匀沉降、基础排水不畅、结构缝止水设置不良或者失效等，使消力池产生过大的扬压力或者脉动压力而破坏，池内施工残渣未清理干净，运行时造成结构的磨损等。表1．1列出了国内外一些消力池失事工程的案例统计及主要失事

4、原因分析。从表中可以看出，消力池的失稳破坏大多经历以下的过程：消力池内大尺度紊笙二童塑堡动水流引发板块的震动，或者高速水流对板块表层混凝土进行空蚀和劈裂破坏，进而引起板块与基础之间发生松动，板块阃止水发生破坏或者失效，导致池内动水压力沿结构缝钻入板下形成巨大的瞬时脉动上举力，造成板块上下表面压力差过大而引起结构失稳破坏。因此，要防止消力池的失稳破坏，除了采取措施控制池内水流流态以外，加强消力池结构与基岩的整体结合效果，保证结构缝间止水的安全有效，是保证消力池安全运行的首要问题。表1．1国内外部分消力池失事案例统计设计流量1二程名称国家基岩类型失事报道原因分析(i'll’／s)闸门非正常

5、开启造成池内砂岩、石英部分底板块被水流远驱式水跃，使底板上紊动五强溪Ⅲ中国44000岩、板岩和冲走，摹岩冲坑深度水流加剧导致脉动压力传入干救状板岩超过30m。板块底下缝隙形成过大脉动L：举力。底板横向接缝处形成升坎变质岩与红底板被突然冲毁。错台，地板基础处理不良导刘家峡141中国3840砂岩交替带基岩冲坑深达13m。致脉动压力钻入底板块底部缝隙层中造成底板失稳。小流量泄泱情况下由于基础处理不电，泄洪强风化的砂泄楷底板及遭到冲时素动水流通过板块问止水官庄【5】中国1200不良的缝隙钻入板块地部形页岩毁，下覆基岩被掏深25—0m。成脉动上举力造成底扳失稳，底板变形、错动，底板裂缝、结构缝开

6、裂，安康‘7】中国36700岩石升坎错台、结构缝开设计不合理．脉动艉力沿裂袭、袁面磨损缝传播，破坏止水及底扳。石龙涧灰泄流量过大，水中推移质隔河岩【8l中国13000岩，下覆石底板表面磨损严重过多。边坡开挖和围堰拆除牌页岩残渣束及时清理消力墩被冲走，下设计参数取值不合理，水蘑菇湖‘9】中国5l岩石跃计算公式去用不准确。消游河道冲刷严重力坎设计偏低护板脱离，锚筋断排水Hi完善，折冲水流和萨彦舒申俄13600结晶片岩裂．底板被冲走，基紊动水流形成过大的动水压斯克㈣岩冲刷力所致。基础排水不畅，保温不良板块被冲断，基础导致排水实效，冰压力作用迪金森{’。1荧90砂页岩淘昂4严重下产生不均匀沉降

7、导致底板断开。紊流水流通过排水口进入卡娜火利【61盂加拉18000砂岩陡槽末端板块破坏扳下缝隙层中，产生过大的瞬时压力将底板拔起。锚筋被拉断，底板水跃中大凡度素流脉动qI马尔巴索‘4】墨西哥3500石英砂岩被冲走。起地板表面过人脉动压差四川大学硕士学位论文如表1．1所示，在以往工程中，消力池多建筑在坚硬均质的岩体上，基础岩性对消力池结构的影响不是很突出，因此，关于基础岩性变化对消力池受力特征的影响的研究相对较少。然而，当消力池建筑在基岩物理力学