溫　州，王秀麗，郭佳樂

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

?

鶴崗市關門嘴子水庫大壩穩(wěn)定及應力分析

溫州，王秀麗，郭佳樂

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：文章根據(jù)水文、風速等資料，擬定了鶴崗市關門嘴子水庫重力壩基本斷面形式。并采用材料力學法、剛體極限平衡法對該重力壩壩體在不同荷載組合條件下的抗滑穩(wěn)定及基底應力進行計算，得出了所擬斷面滿足規(guī)范要求的有益結論。

關鍵詞：重力壩；抗滑穩(wěn)定；應力分析；溢流壩；防浪墻

0緒言

關門嘴子水庫是一座以城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，結合防洪，兼顧發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利樞紐。經(jīng)過規(guī)模比選后，確定了水庫規(guī)模，進而確定了設計水位與校核水位。本文在此基礎上進行壩頂高程計算、大壩穩(wěn)定及應力分析。

1壩頂高程確定

壩頂高程根據(jù)各種運行情況的水庫靜水位加上相應超高后的最大值確定，且應高于校核洪水位。壩頂超高△h按規(guī)范《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SL319—2005)計算：

△h=h1%+hz+hc

(1)

式中：hc為安全加高，m；正常蓄水位情況取0.5m，校核洪水位情況取0.4m；h1%為波高，m；hz為波浪中心線至正?；蛐：撕樗坏母卟睿琺；h1%、hz按規(guī)范SL319-2005附錄B.6.3規(guī)定的公式計算。

經(jīng)計算比較，鶴北林業(yè)局森林物候氣象站逐年1986～2012(4～10月)最大風速資料中，在與壩軸線法線方向成±45°范圍內(nèi)，比較NW、NNW、N三個風向最大風速平均值對壩頂高程的影響，其中對水庫壩高影響最大的風向是NW方向。根據(jù)氣象站所處位置，考慮隱蔽系數(shù)等因素，庫面NW方向風的多年平均最大風速值取為15.44m/s。計算風速正常蓄水位工況取庫面風速的1.5倍，校核工況取庫面風速。壩頂高程計算成果見表1。

表1　壩頂超高計算成果

由表1知本工程防浪墻頂高程由校核洪水位控制，攔河壩防浪墻頂高程為150.45m，防浪墻高度為1.2m，可取壩頂高程為149.25m。

門庫壩段壩頂高程與溢流壩段墩頂高程相同為150.88m，不設防浪墻。

根據(jù)壩頂交通與布置需要，非溢流壩段壩頂寬度確定為7.0m。擬定設計斷面見圖1重力壩設計斷面圖。

2大壩穩(wěn)定及應力計算

2.1計算方法

根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SL319—2005)，本階段壩基應力采用材料力學法計算，壩體穩(wěn)定采用剛體極限平衡法。按基本荷載組合和特殊荷載組合進行驗算。

圖1重力壩設計斷面圖

2.2計算公式

1)重力壩壩基截面的垂直應力應按下式計算：

(2)

式中：σy為壩踵、壩趾垂直應力，kPa；∑M為作用于壩段上或1m壩長上全部荷載(包括揚壓力，下同)在壩基截面上法向力的總和，kN；∑M為作用于壩段上或1m壩長上全部荷載對壩基截面形心軸的力矩總和，kN；A為壩段或1m壩長的壩基截面面積，m2；x為壩基截面上計算點到形心軸的距離，m；J為壩段或者1m壩長的壩基截面對形心軸的慣性矩，m4。

2)抗滑穩(wěn)定按抗剪斷強度公式進行計算：

(3)

式中：K′為按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f′為壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；C′為壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，kPa；A為壩基接觸面截面積，m2；∑W為作用于壩體上全部荷載(包括揚壓力，下同)對滑動平面的法向分值，kN；∑P作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。

2.3計算基本數(shù)據(jù)

壩體混凝土容重γ=24kN/m3，淤沙高程124.5m，淤沙浮容量5 kN/m3，內(nèi)摩擦角0°，多年平均年最大風速13.56 m/s，多年平均最大冰厚1.18m。滲透壓力強度系數(shù)取為0.25。

2.4計算工況及荷載組合

1)計算工況：本工程抗震設計烈度為7度，考慮地震作用。

計算工況共有六種組合，分別為上游正常蓄水位工況，設計洪水位工況、冰凍工況、校核洪水位工況、施工期工況和地震工況[1]。

2)荷載組合：根據(jù)不同工況，按照規(guī)范要求進行荷載組合，見表2。

表2　荷載組合

5)計算結果：

由于混凝土層面抗剪斷參數(shù)一般大于混凝土與建基面基巖間的抗剪斷參數(shù)，與混凝土層面比較，大壩抗滑穩(wěn)定控制面為建基面，本次只列出大壩建基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

重力壩壩體沿壩基面抗滑穩(wěn)定及基底應力計算成果見表3。

4結論

壩踵垂直應力在各種工況下均不出現(xiàn)拉應力，施工期，非溢流壩段壩趾垂直拉應力為32 kPa，小于規(guī)范規(guī)定的100 kPa；其它工況下，壩趾垂直應力均小于壩基允許承載力；故基底應力滿足規(guī)范要求，是安全的。壩體沿壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在基本組合荷載下均>3.0，在特殊組合荷載下均>2.5，故大壩沿建基面抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，是安全的。

表3　非溢流壩壩體沿壩基面抗滑穩(wěn)定及基底應力計算成果

參考文獻：

[1]陳廣華.興隆崗水庫大壩穩(wěn)定分析計算研究[J].黑龍江水利科技，2014(07)：32-33.

文章編號：1007-7596(2016)02-0041-02

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]溫州(1983-)，男，黑龍江省鶴崗人，工程師；王秀麗(1967-)，女，黑龍江省哈爾濱人，高級工程師；郭佳樂(1987-)，女，黑龍江省哈爾濱人，工程師。

中圖分類號：TV64

文獻標識碼：B