簡(jiǎn)析豐滿新壩施工對(duì)老壩建基面應(yīng)力的影響論文
豐滿水電站大壩全而治理工程壩軸線位于原大壩軸線下游120 m處，保留原豐滿三期工程;壩型采用碾壓混凝土重力壩，壩頂高程為269.50 m ,泄洪方式采用壩身泄洪，挑流消能。新壩施工利用老壩擋水，新壩建成后，引水發(fā)電和泄洪壩段對(duì)應(yīng)的老壩部分拆除至高程240 m，拆除寬度594 m,共計(jì)33個(gè)壩段。通過數(shù)值分析研究新壩施工對(duì)老壩建基而應(yīng)力的影響，以期對(duì)新壩的施工及類似研究提供借鑒。
1計(jì)算模型
主要對(duì)老壩14號(hào)壩段及下游對(duì)應(yīng)新壩在施工前、施工期、施工后不同工況老壩建基而應(yīng)力的影響進(jìn)行數(shù)值仿真分析與評(píng)價(jià)。
老壩14號(hào)壩段為溢流壩段，數(shù)值仿真計(jì)算所取該壩段建基而高程189.38 m。以三維有限元計(jì)算模型為例，壩體為不考慮縱縫特性及作用的整體模型。有限元計(jì)算模型，取了一定范圍的地基，地基豎直邊界采用法向單約束，地基底而采用固定約束。計(jì)算模型坐標(biāo)方向如下:X向以順河向指向下游為正;Y向以豎直向上為正;Z向沿壩軸線方向由左岸指向右岸為正。計(jì)算結(jié)果正應(yīng)力和主應(yīng)力的`符號(hào)以拉為正、壓為負(fù)。計(jì)算過程中，對(duì)于新壩施工考慮了新壩基坑開挖、壩體澆筑至220 m高程、澆筑至240 m高程以及澆筑至壩頂幾個(gè)階段。對(duì)于新壩壩基開挖、壩體澆筑模擬，采用ANSYS中的“單元生死”高級(jí)分析技術(shù)，在壩體整體模型中，“單元?dú)⑺馈庇糜谀M基坑巖石開挖，對(duì)“殺死”“單元進(jìn)行激活”模擬混凝土澆筑，在新壩未施工時(shí)對(duì)新壩單元進(jìn)行殺死”，通過ANSYS二次開發(fā)，編制了施工過程仿真分析程序。
2計(jì)算工況及計(jì)算荷載
2.1計(jì)算工況
計(jì)算工況分別按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》水利規(guī)范及電力規(guī)范考慮新壩施工前、新壩基坑開挖、新壩澆筑至原地而線、新壩澆筑至220 m高程，以及新壩澆筑至240 m高程5種情況下荷載基本組合及特殊組合。其中荷載基本組合為正常蓄水位及設(shè)計(jì)洪水位，荷載特殊組合為校核洪水位。
2.2計(jì)算荷載
計(jì)算荷載包括壩體自重、上下游水壓力、泥沙壓力、浪壓力和壩基揚(yáng)壓力。壩體自重根據(jù)容重按單元體積力施加;水壓力和泥沙壓力采用沿高度線性變化的壓力函數(shù)，垂直施加于壩而邊界線上;浪壓力按集中力施加于水而高程處。
根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告及壩體材料物理力學(xué)指標(biāo)，有限元計(jì)算選取的力學(xué)參數(shù)。
3.有限元計(jì)算結(jié)果及分析有限元計(jì)算中.
壩體混凝土考慮為線彈性.同時(shí)考慮不同混凝土材料的分區(qū)。為便于模擬新老壩相互作用，計(jì)算假定新老壩段一一對(duì)應(yīng)，且壩型一致。
根據(jù)圖中建基而的正應(yīng)力分布情況可知，施工前、施工期與施工后建基而正應(yīng)力幾乎無變化，且沒有拉應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力值不大。
根據(jù)水利規(guī)范的計(jì)算結(jié)果可知，施工期遭遇洪水時(shí)老壩建基而仍為壓應(yīng)力，校核洪水位情況較設(shè)計(jì)洪水位情況壩踵正應(yīng)力降低約0.1 MPa，較正常蓄水位情況降低約0.25 MPa。同一洪水標(biāo)準(zhǔn)下，不同施工階段壩踵正應(yīng)力變化不大，說明新壩施工的影響比較小。
根據(jù)電力規(guī)范，在設(shè)計(jì)和校核洪水位下，壩踵出現(xiàn)了一定的拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力的數(shù)值不大。表3給出了有限元法計(jì)算的壩踵區(qū)拉應(yīng)力寬度，新壩施工雖有一定的影響，但也不顯著，均滿足規(guī)范要求。
4結(jié)論
1)有限元分析成果考慮了圍巖、基礎(chǔ)、壩體材料分區(qū)及各施工期荷載等因素的影響，計(jì)算成果貼近實(shí)際，分析成果可為工程施工提供科技依據(jù)。
2)正常蓄水位情況下，新壩施工前、施工期與施工后老壩建基而正應(yīng)力幾乎無變化.且沒有拉應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力值不大。
3)采用水利規(guī)范評(píng)價(jià)，施工期遭遇洪水時(shí)老壩建基而仍為壓應(yīng)力，校核洪水位情況較設(shè)計(jì)洪水位情況壩踵正應(yīng)力降低約0.1MPa，較正常蓄水位情況降低約0.25MPa。同一洪水標(biāo)準(zhǔn)，不同施工階段壩踵正應(yīng)力變化不大。
4)采用電力規(guī)范評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)和校核洪水位下壩踵區(qū)有一定的拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力區(qū)的寬度很小，滿足規(guī)范要求( 7%壩底寬)。
5)新壩施工前、施工期與施工后在不同荷載組合情況下，壩趾區(qū)及壩踵區(qū)的混凝土應(yīng)力也滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，壩體應(yīng)力滿足控制標(biāo)準(zhǔn)要求。
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