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黄河万家寨水利枢纽-计算分析与综合结论

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:(二)刚体极限平衡刚体极限平衡法主要是用于计算边坡坝段在三向力系作用下的抗滑稳定安全系数。(四)综合结论通过模型试验及计算分析,对万家寨水利枢纽边坡坝段的设计得出以下4个结论:边坡坝段之间与河床坝段之间以采用半整体式连接为宜。

黄河万家寨水利枢纽-计算分析与综合结论

(一)拱梁分载法

拱梁分载法系借用拱坝设计的应力分析方法,把坝分为垂直及水平两个梁系,通过两个梁系共轭点变位相容条件,求得梁系的荷载分配值,进而求出共轭点的主应力矢量值。此计算方法的计算成果虽存在一定的误差,但就现状而言,尚属可借鉴的一种计算方法。

1.计算工况

为进一步了解坝体并缝水位对坝体应力分布的影响,针对岸坡3 个坝段间的两个坝缝并缝高程为948.00m 及935.00m 的情况(岸坡坝段与河床坝段间不并缝),考虑了不同并缝水位变化。

(1)工况a~f,并缝水位分别为935.00m,948.00m,955.00m,960.00m,970.00m,977.00m 时,并缝后水位均升至980.00m。

(2)工况g,空库并缝,并缝后水位升至980.00m。

(3)工况h,并缝水位970.00m 时,并缝后水位降至948.00m。

(4)工况i,并缝水位977.00m 时,并缝后水位降至950.00m。

2.计算结果

计算成果表明,随并缝水位的提高,坝体应力分布逐渐得到改善,上游面最大主拉应力值从0.73MPa 降至0.14MPa,下游面的最大主拉应力值从0.65MPa 降至0.04MPa;而考虑到坝体并缝后水位下降的情况,则并缝水位越高,水位下降后坝体下游面主拉应力越大。综合分析应力分布情况可知,并缝水位970.00m 较为适宜。坝体应力最大值见表7-16。

表7-16 岸坡坝段坝体表面最大应力值 (单位:MPa)

另外,对岸坡坝段为整体的计算情况表明:当岸坡坝段连成整体后,应力条件差于半整体式,结论与模型试验结果相同。

(二)刚体极限平衡

刚体极限平衡法主要是用于计算边坡坝段在三向力系作用下的抗滑稳定安全系数。计算采用纯摩及剪摩两种公式同时进行。鉴于岸坡较陡,剪摩公式中不计岸坡岩石与坝体之间的凝聚力。

1.计算工况

计算仅对最不利的工况,即最高蓄水位980.00m的情况进行。计算荷载考虑了坝体自重、水重、水压力、淤沙重和泥沙压力及坝基渗透压力(包括岸坡斜面上的渗透压力)等。渗透压力按平面渗流且为直线分布计算,坝踵处渗压取全水头,坝趾处渗压水头取零,主排水孔处的渗压取0.35 倍全水头,岸坡斜面上的渗压合力按斜面上下两处的渗压图形面积之和的均值乘斜面长度而得。(www.xing528.com)

2.计算成果

计算考虑了边坡坝段独立及联合(坝体间横缝灌浆)作用下的抗滑稳定情况,因左右岸的边坡坝段基本相同,故以右岸边坡20~22 号坝段为代表进行计算,计算结果见表7-17。

表7-17 边坡坝段抗滑稳定计算成果

从计算成果可知,独立的边坡坝段,在最高蓄水位时,将会出现个别坝段稳定安全系数不满足规定的情况,而联合工作的坝体稳定是有保证的。因此,边坡坝段采用适当的并缝措施,使边坡坝段发挥整体效应是需要且必须的。

(三)有限单元法

有限元分析作为结构计算的一种方法,是目前重大工程设计中通常被应用的方法。为进一步了解边坡坝段的运行状况,委托天津大学对岸坡坝段进行了空间有限元分析,并得到如下主要结论:

(1)边坡坝段的并缝灌浆施工应在库水位970.00m时进行,以保证坝体的稳定。

(2)边坡坝段间的并缝从两边向河床方向,高程分别为948.00m及940.00m,岸坡坝段与河床坝段之间在915.00m高程处并缝,对坝的稳定及应力状况是有利的。

(3)三维渗流场的渗压水头大于二维渗流的渗压水头。

(四)综合结论

通过模型试验及计算分析,对万家寨水利枢纽边坡坝段的设计得出以下4个结论:

(1)边坡坝段之间与河床坝段之间以采用半整体式连接为宜。

(2)边坡坝段之间的并缝高程分别为948.00m 及940.00m,岸坡坝段与河床坝段之间在915.00m 高程并缝是可行的。

(3)并缝水位以970.00m 较好。

(4)应采取适宜的措施减小岸坡的渗透压力,使坝体拉应力也减小,并提高抗滑稳定性。

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