付艷林，李志強(qiáng)，劉 勇

（河南省豫北水利勘測設(shè)計院,河南安陽，455000）

觀文水庫大壩應(yīng)力變形有限元分析

付艷林，李志強(qiáng)，劉 勇

（河南省豫北水利勘測設(shè)計院,河南安陽，455000）

瀝青混凝土心墻壩具有結(jié)構(gòu)簡單、建造經(jīng)濟(jì)、受氣候條件影響小等優(yōu)點，越來越受到人們的關(guān)注。采用Dun?can-Chang非線性E-B模型模擬大壩堆石體及瀝青混凝土心墻的本構(gòu)關(guān)系，考慮瀝青混凝土心墻與壩體堆石料間的接觸，采用二維有限元方法對某瀝青混凝土心墻壩應(yīng)力變形進(jìn)行計算分析。從理論上計算大壩的最大、最小應(yīng)力及變形量，為大壩的結(jié)構(gòu)計算提供參考。

觀文水庫；瀝青混凝土；心墻壩；應(yīng)力變形

1 工程概況

觀文水庫工程是一座以灌溉為主，兼顧場鎮(zhèn)供水、灌區(qū)人畜供水等綜合利用的中型水利工程。設(shè)計正常蓄水位1 090.00 m，總庫容1 338萬m3。大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高46.00 m，壩頂長150 m，寬7 m，壩基覆蓋層厚度約10 m。

2 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

大壩上游采用C25預(yù)制混凝土六棱塊護(hù)坡，下游采用干砌塊石護(hù)坡。壩體自上游至下游依次為上游堆石料、上游過渡料、瀝青混凝土心墻、下游過渡料、下游堆石體，下游堆石體又分為強(qiáng)風(fēng)化料區(qū)和弱風(fēng)化料區(qū)。瀝青混凝土心墻下設(shè)基座，基座底部設(shè)兩排帷幕灌漿、兩排固結(jié)灌漿，大壩典型剖面圖見圖1。

3 應(yīng)力變形計算

3.1 計算方法

應(yīng)力變形計算采用二維有限元法。計算程序采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編制的《水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（AutoBANK v7.07）》，按各向同性介質(zhì)模型，手動生成單元格，模擬壩體填筑順序，分層加載。

3.2 計算工況

應(yīng)力變形計算應(yīng)包括以下工況組合：

（1）工況Ⅰ：竣工期，上下游均無水；

（2）工況Ⅱ：蓄水期,上游正常蓄水位1 090.00 m，下游無水。

3.3 計算采用參數(shù)

選取河床部位典型剖面，采用鄧肯-張E-B模型，對壩體進(jìn)行平面應(yīng)力應(yīng)變分析。計算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)資料及室內(nèi)試驗成果，結(jié)合工程類比確定，主要計算參數(shù)取值詳見表1。

圖1 大壩典型斷面圖Fig.1 Typical section of the dam

表1 計算參數(shù)Table 1 Calculation parameters

3.4 計算模型

壩體按材料分上游堆石料、上下游心墻過渡料、瀝青混凝土心墻、下游強(qiáng)風(fēng)化石渣料、下游弱風(fēng)化石渣料、下游堆石料、排水棱體及混凝土基座9個分區(qū)。結(jié)合各分區(qū)及馬道的位置，自下而上平均每3 m分一層，至壩頂共分17層，每層再劃分單元，共劃分925個單元，接觸面采用Good?man單元，壩體與地基之間按固結(jié)處理。計算模型見圖2。

3.5 計算結(jié)果

計算結(jié)果見表2?？⒐て诤托钏趬误w位移、應(yīng)力等值線見圖3～10。

表2 竣工期和蓄水期應(yīng)力應(yīng)變計算成果Table 2 Calculation results of stress-strain during completion period and storage period

圖2 大壩應(yīng)力計算模型Fig.2 Stress analysis model for the dam

圖3 竣工期水平位移計算成果Fig.3 Calculation results of horizontal displacement during completion period

圖4 竣工期豎向位移計算成果Fig.4 Calculation results of vertical displacement during completion period

圖5 竣工期大主應(yīng)力計算成果Fig.5 Calculation results of major principal stress during completion period

圖6 竣工期小主應(yīng)力計算成果Fig.6 Calculation results of minor principal stress during completion period

圖7 蓄水期水平位移計算成果Fig.7 Calculation results of horizontal displacement during storage period

圖8 蓄水期豎向位移計算成果Fig.8 Calculation results of vertical displacement during storage period

圖9 蓄水期大主應(yīng)力計算成果Fig.9 Calculation results of major principal stress during storage period

圖10 蓄水期小主應(yīng)力計算成果Fig.10 Calculation results of minor principal stress during storage period

4 成果分析

竣工期壩體水平位移的兩個極值分別位于壩體上、下游大約1/3壩高處的上、下游填料中部，豎向位移最大值位于心墻附近1/2壩高處，與荷載逐級加載的變形機(jī)理吻合，水平位移最大變形量為壩高的0.17%，豎向位移變形量為壩高的0.53%，與同級別瀝青混凝土心墻壩相比，變形量均在合理范圍內(nèi)。

蓄水期壩體上游水平位移極值位置較竣工期稍偏下，壩體豎向位移及大主應(yīng)力值較竣工期均有一定減小，這是由于蓄水之后，上游壩體受水重影響，水平位移極值下移，由于水的浮力作用，使壩體各單元卸荷，有效應(yīng)力減小。數(shù)值上，水平位移最大變形量為壩高的0.29%，豎向位移變形量為壩高的0.52%，變形量也在合理范圍內(nèi)。

由主應(yīng)力等值線圖可以看出，竣工期、蓄水期壩體大主應(yīng)力和小主應(yīng)力的最大值均出現(xiàn)在大壩底部瀝青混凝土心墻附近。

5 結(jié)語

通過對觀文水庫瀝青混凝土心墻壩竣工期和蓄水期兩種工況的應(yīng)力變形計算，從理論上求出大壩的最大應(yīng)力、應(yīng)變以及最大應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生的位置，為大壩的施工控制及后期的監(jiān)測提供了參考依據(jù)。 ■

[1]殷宗澤.土工原理[M].北京：中國水利水電出版社,2007.

[2]顧淦臣.水工設(shè)計手冊[M].北京：水利電力出版社,1984.

[3]河南省豫北水利勘測設(shè)計院.四川省古藺縣觀文水庫工程初步設(shè)計報告[R].2013.

[4]SL274-2001,碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].中華人民共和國水利部.

水利部大壩安全管理中心孫金華主任一行到國家能源局大壩安全監(jiān)察中心開展工作交流

據(jù)國家能源局大壩安全監(jiān)察中心2014年12月25日上午，水利部大壩安全管理中心孫金華主任一行4人來到國家能源局大壩安全監(jiān)察中心（以下簡稱“大壩中心”）進(jìn)行調(diào)研。大壩中心總工程師張秀麗同志主持會議迎接孫主任一行來訪，大壩中心各部門在杭負(fù)責(zé)人參加了會議。

張秀麗總工首先代表大壩中心對孫金華主任一行的到來表示熱烈歡迎，雙方對各自發(fā)展歷史和現(xiàn)狀作了簡要介紹，并就水電站大壩安全日常管理與信息化建設(shè)等內(nèi)容進(jìn)行了交流溝通。

孫金華主任高度贊揚和肯定了大壩中心科學(xué)化、規(guī)范化管理的成果，并就雙方共同開展科研攻關(guān)、提升大壩安全監(jiān)管技術(shù)能力、加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流等方面加強(qiáng)合作表達(dá)了強(qiáng)烈的意愿。

張秀麗總工表示國家歷來重視大壩安全管理，水利和電力同行共同加強(qiáng)合作，共同尋求創(chuàng)新，對于提升我國的大壩安全管理能力具有重要意義。兩個中心既要各自發(fā)揮優(yōu)勢，尋求適應(yīng)自己的發(fā)展之路，也要親密合作，互相學(xué)習(xí)，共同把大壩安全監(jiān)管工作做得更好。

此次同行交流對于雙方建立聯(lián)系、促進(jìn)大壩安全管理工作提升具有積極意義。

As the benefits of simple structure,economic construction and less effect of weather,asphalt concrete core wall dam gets more and more attention.In this paper,the nonlinear Duncan-Chang E-B model is used to establish the constitutive relation between the asphalt concrete core wall and the dam. Considering the contact between asphalt concrete core wall and the dam,two-dimensional finite element method(FEM)is adopted in calculation of the stress-strain of the asphalt concrete core wall.Theoretical calculation on the maximum and minimum stress and deformation of the dam provides a reference for the structural calculation of the dam.

Guanwen reservoir;asphalt concrete;core wall dam;stress-strain

TV698.1

B

1671-1092（2014）06-0057-05

2014-07-10；

2014-07-16

付艷林（1983-），男，河南林州人，工程師，主要從事水工設(shè)計工作。

Title:Finite element analysis of the deformation and stress of Guanwen reservoir dam//by FU Yan-lin, LI Zhi-qiang and LIU Yong//Hydraulic Engineering Prospecting and Design Institute Of North Henan