劉姍姍

(齊齊哈爾市江東灌澇區(qū)服務(wù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161001)

1 概 述

面板壩在中國壩工設(shè)計(jì)中占有一定比重，在強(qiáng)震區(qū)的面板壩應(yīng)力變形研究十分重要，對(duì)大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。因現(xiàn)行對(duì)于高面板壩的實(shí)際震害資料匱乏，基本振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚1]研究中的動(dòng)力特性較少開始不久，客觀準(zhǔn)確研究大壩動(dòng)力變形有一定難度。通?；炷撩姘宥咽瘔蔚卣饎?dòng)力分析以靜力計(jì)算為基礎(chǔ)，模擬動(dòng)荷載加速度作用下大壩受力變形，該方法中的應(yīng)力分布特點(diǎn)、參數(shù)選取、接觸面面積等問題有待于進(jìn)一步研究和探索。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某水利樞紐工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型，樞紐主要是以供水為主，兼具生態(tài)灌溉和發(fā)電功效。該工程總庫容11.35億m3，正常蓄水位為877.0m，壩頂高程為884m，最大壩高156m，電站裝機(jī)容量84萬kW。大壩基本設(shè)防烈度為8度[2]。樞紐建筑物主要為攔水壩、泄洪洞、引水隧洞和廠房等，某混凝土面板壩標(biāo)準(zhǔn)剖面圖，見圖1；壩體三維有限元模型，見圖2。

圖1 某混凝土面板壩標(biāo)準(zhǔn)剖面圖

圖2 壩體三維有限元模型

2.2 本構(gòu)模型與計(jì)算參數(shù)

壩體堆石料參數(shù)采用室內(nèi)三軸試驗(yàn)和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)[3]得來，模型材料參數(shù)，見表1；堆石料動(dòng)剪切模量系數(shù)及指數(shù)值，見表2。

表1 壩體鄧肯E-B模型材料參數(shù)表

表2 堆石料動(dòng)剪切模量系數(shù)及指數(shù)值[4]

2.3 計(jì)算結(jié)果

2.3.1 壩體應(yīng)力和變形

節(jié)點(diǎn)A加速度反應(yīng)時(shí)程曲線，見圖3；壩體順河向最大反應(yīng)加速度分布圖，見圖4；壩體最大豎向反應(yīng)加速度分布圖，見圖5。

圖3 節(jié)點(diǎn)A加速度反應(yīng)時(shí)程曲線

圖4 壩體順河向最大反應(yīng)加速度分布圖

圖5 壩體最大豎向反應(yīng)加速度分布圖

由圖3-5可知，順河向壩體最大加速度反應(yīng)顯著，順河向最大加速度為8.64m/s2，放大倍數(shù)2.15，出現(xiàn)于壩頂下游附近位置。壩體最大豎向加速度為3.92m/s2，放大倍數(shù)1.45。下游反應(yīng)程度明顯大于上游，對(duì)比可知水平向加速度比豎向反強(qiáng)烈。

堆石體單元a最大動(dòng)剪應(yīng)力時(shí)程分布，見圖6；壩體典型剖面動(dòng)剪應(yīng)力結(jié)果，見圖7；可得該最大動(dòng)剪應(yīng)力為 785.3 KPa。

圖6 典型單元a最大動(dòng)剪應(yīng)力時(shí)程分布

圖7 壩體最大動(dòng)剪應(yīng)力分布圖

2.3.2 面板變形和應(yīng)力

地震作用下面板撓度等值線圖，見圖8；地震作用下面板軸向位移等值線圖，見圖9。

圖8 地震作用下面板撓度等值線圖

圖9 地震作用下面板軸向位移等值線圖

由圖8-9對(duì)比可得，地震荷載作用下的面板撓度最大撓度為24.52cm，左岸7.46cm，右岸為7.18cm，等值線分布未受影響，說明在彈模較大的上游壩表上澆筑面板后，地震未引起大壩較大變形，故面板形變較小。面板最大動(dòng)壓應(yīng)力圖，見圖10；面板最大動(dòng)拉應(yīng)力圖，見圖11。

圖10 面板最大動(dòng)壓應(yīng)力圖

圖11 面板最大動(dòng)拉應(yīng)力圖

大壩動(dòng)力有限元計(jì)算結(jié)果，見表3。

表3 大壩動(dòng)力有限元計(jì)算結(jié)果

3 結(jié) 論

文章在有限元基本原理和動(dòng)力分析基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程建立三維有限元模型，對(duì)面板堆石壩進(jìn)行動(dòng)力有限元分析，計(jì)算得到大壩在不同地震加速度下的大壩變形和動(dòng)剪應(yīng)力結(jié)果，面板變形位移和順河向應(yīng)力、軸向應(yīng)力結(jié)果，通過應(yīng)力變形計(jì)算結(jié)果表明該面板堆石壩壩體和面板設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行安全可靠。