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        龍灘子水庫大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

        2021-07-22 07:35:26劉小毛
        東北水利水電 2021年7期
        關(guān)鍵詞:龍灘拱壩校核

        劉小毛

        (吉安市水利水電規(guī)劃設(shè)計院,江西吉安343000)

        目前,國內(nèi)外對水庫大壩安全鑒定的研究有很多,主要是針對大壩的滲流、結(jié)構(gòu)進行安全性的鑒定評價,趙川、蘇利軍[1]等采用AutoBank 軟件計算分析了四川工農(nóng)水庫的滲流穩(wěn)定安全性,針對工農(nóng)水庫給出了合理的建議調(diào)整。韓沙鷗、程岳峰[2]等以2013—2016 年間二灘大壩變形觀測的外部數(shù)據(jù)為依據(jù),結(jié)合庫水位數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)對每年二灘大壩的徑向位移變形量、切向位移變形量進行了分析討論,對二灘大壩作出了整體性評價。王凱、鄒斌[3]等將滲流觀測資料和二維滲流有限元計算相結(jié)合,更加全面地分析了幸福水庫的滲流穩(wěn)定性安全問題。

        本文收集了龍灘子水庫的相關(guān)資料,通過實地考察、計算分析等方法,參照SL 258—2017《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》,對龍灘子水庫的防洪能力、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全進行綜合評價。

        1 區(qū)域概況

        1.1 工程概況

        龍灘子水庫為北碚區(qū)境內(nèi)的?。?)型水庫,位于馬鞍溪干流的中游北溫泉街道團結(jié)村,該水庫壩址以上控制流域面積為7.71 km2。該水庫的攔河壩型式為拱壩型式,壩頂高程為238.84 m,壩頂設(shè)防浪墻,墻頂高程為240.04 m。最大壩高為35.05 m,壩頂長108.0 m,壩頂寬3.10 m。該水庫特征數(shù)值為:設(shè)計洪水位為238.09 m,相應(yīng)庫容為119.4 萬m3;校核洪水位為238.79 m,相應(yīng)庫容為126.3 萬m3。該水庫泄水建筑物型式為側(cè)堰正槽溢洪道,無閘控制,堰頂高程為236.30 m,側(cè)堰堰頂寬40.00 m。

        1.2 地形地貌

        龍灘子水庫區(qū)屬構(gòu)造剝蝕—侵蝕丘陵地貌,水庫所在河流屬嘉陵江右岸一級支流馬鞍溪河,壩址附近河床高程為200.00~205.00 m,庫區(qū)水面寬60.00~80.00 m,兩岸山頂標高在300.00 m 左右,岸坡坡度一般在15°~60°之間,河谷為橫向谷,剖面形態(tài)呈“V”型。水庫區(qū)出露侏羅系上沙溪廟組(J2)s及第四系覆蓋層。上沙溪廟組主要為紫紅色泥巖、夾灰白色長石砂巖;第四系松散堆積層包括湖積(Q4)l淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(厚2.00~5.00 m,分布于庫底)與殘坡積(Q4ed)l粉質(zhì)粘土(厚1.00~3.00 m,分布于斜坡下部)。水庫構(gòu)造部位屬北碚向斜北西翼,巖層為單斜地層,產(chǎn)狀N45°E/SE∠45~55°,節(jié)理裂隙較發(fā)育。巖體透水性能較差,主要地下水為基巖裂隙水,受大氣降水與庫水補給,向深部排泄。庫內(nèi)無不良地質(zhì)現(xiàn)象。巖體強風(fēng)化帶厚2.00~6.00 m。

        2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算

        2.1 軟件介紹

        龍灘子水庫大壩的穩(wěn)定性計算采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法—梁拱分載法:將壩體沿水平、豎直方向劃分為拱和梁,作用荷載由拱、梁共同承擔(dān),并根據(jù)梁、拱結(jié)點處變形協(xié)調(diào)條件按一定的比例分配,梁、拱各自獨立發(fā)揮作用,互不影響。求出梁、拱各自承受荷載及內(nèi)力后,再根據(jù)材料力學(xué)方法求出壩體控制點應(yīng)力,最終完成設(shè)計。由于泥石流拱壩壩體體型小,采用梁拱分載法計算時,可以只在拱冠處取1根懸臂梁(拱冠梁)與若干水平拱圈組成梁拱系統(tǒng),并只以結(jié)點處徑向變形協(xié)調(diào)條件分配荷載,再分別計算拱冠梁和拱圈的內(nèi)力及應(yīng)力。

        根據(jù)《漿砌石壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,拱壩應(yīng)力分析宜以拱梁分載法計算成果作為衡量強度安全的標準。此次計算采用拱壩多拱梁法應(yīng)力分析程序(浙大ADAO 程序)。ADAO 軟件系統(tǒng)是拱壩應(yīng)力分析ADCAS 和拱壩優(yōu)化ADOPT 的集成系統(tǒng),既可用于拱壩應(yīng)力分析,也可用于拱壩優(yōu)化設(shè)計,以及計算機輔助下的手工體形調(diào)整,已應(yīng)用于許多拱壩工程的設(shè)計中,有助于提高設(shè)計進度和設(shè)計質(zhì)量,具有顯著的社會、經(jīng)濟效益。

        2.2 參數(shù)選取

        計算參數(shù)分析取值主要是在參考大壩的原設(shè)計、竣工圖紙、相關(guān)資料及室內(nèi)巖石試驗成果后,結(jié)合現(xiàn)場勘測結(jié)果做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,各計算參數(shù)如表1 所示。

        表1 參數(shù)試驗值

        調(diào)洪計算后,設(shè)計洪水位為238.09 m,校核洪水位為238.79 m,正常蓄水位為236.30 m,死水位為212.10 m;壩體材料容重為24.3 kN/m3,泊松比為0.183,彈模為3.6×103MPa,線膨脹系數(shù)為8×10-6;基巖綜合彈模為4.0×103MPa、泊松比為0.33,抗剪參數(shù)f1=0.6、C1=0 MPa,抗剪斷參數(shù)f2=0.8、C2=0.7 MPa,天然密度為2.58 g/cm3。

        多年平均氣溫為18.5 ℃,多年平均蒸發(fā)量為841.7 mm,多年平均徑流深591.0 mm,多年平均降雨量為1 093.5 mm,多年平均最大風(fēng)速為13.0 m/s。

        2.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算

        根據(jù)大壩實際運行狀態(tài),此次計算采用5 個工況(見表2),用以評價分析拱壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。大壩位移計算成果見表3。

        表2 龍灘子水庫拱壩荷載組合表

        表3 拱壩位移成果計算表mm

        由表3 可以看出,龍灘子水庫拱壩的位移變形在各種荷載組合工況下計算值均較小,最大徑向位移為20.60 mm,最大切向位移為2.05 mm。綜上所述,壩體位移變形在理論計算上均滿足《漿砌石壩設(shè)計規(guī)范》要求。

        主應(yīng)力計算成果見表4。由表4可知,壓應(yīng)力情況:正常工況,最大壓應(yīng)力為1.87 MPa(<6.53)(6R 3C);校核工況,最大壓應(yīng)力為2.16 MPa(<5.6)(6R 3C);正常工況和校核工況壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。拉應(yīng)力情況:正常工況下,最大拉應(yīng)力為-0.97 MPa(<1.2)(6R 3C);校核工況下,最大拉應(yīng)力為-1.12 MPa(<1.2)(6R 3C)。拱壩最大拉應(yīng)力值出現(xiàn)在第6 層拱圈與基巖交接處,其值小于1.2 MPa,其余部位最大拉應(yīng)力值均小于1.0 MPa。在正常工況和校核工況下,壩體拉應(yīng)力和壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

        表4 主應(yīng)力計算成果表MPa

        3 結(jié)語

        大壩位移、拉應(yīng)力、壓應(yīng)力在各種工況下均滿足規(guī)范要求,兩岸坡巖體無變形痕跡,近壩岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。大壩整治后,運行13 年期間壩體未見較大變形、滲漏等現(xiàn)象,下游壩面也未見裂縫,說明壩體總體運行是安全的。因此,此次復(fù)核計算認為該工程大壩結(jié)構(gòu)是基本安全的。由于無監(jiān)測資料,無法根據(jù)監(jiān)測資料分析壩體穩(wěn)定情況。因此建議按規(guī)程規(guī)范及設(shè)計要求對壩進行有規(guī)律的實時監(jiān)控,確保大壩安全運行。泄水建筑物結(jié)構(gòu)安全。

        綜上所述,根據(jù) SL 258-2017 的 7.5 節(jié)及 7.6 節(jié)相關(guān)規(guī)定,大壩結(jié)構(gòu)基本安全,評為A 級。

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