六库水电站RCC纵向围堰堰基应力应变及稳定性浅析

1、六库水电站RCC纵向围堰堰基应力应变及稳定性浅析    摘要：采用二维和三维非线性有限元分析方法，研究了六库水电站RCC纵向围堰堰基应力应变状态和稳定性。在此基础上对防渗墙各截面的剪力、轴力和弯矩进行计算研究，提出了配筋方案。计算表明，堰体位移大，堰体与防渗墙接头处附近存在应力集中现象，防渗墙的防渗效果显著，分载作用明显，右防渗墙承受的弯矩更大些，应加大其配筋率。 关键词：有限元 围堰 应力 应变 防渗墙 配筋率 Stress and Stability 

2、Analysis of Longitudinal RCC Cofferdam Foundation of  Liuku Hydropower Station Abstract   The stress state and stability of longitudinal RCC cofferdam foundation of Liuku 

3、;hydropower station are studied using 2D and 3D non-linear finite element method. Then the shear 、axial force and bending moment of governing sections of anti-seepage walls

4、60;are studied. The result shows that the movement of cofferdam is large and the stress concentrates in joint of cofferdam and anti-seepage walls(/). Besides, leakage-prevention

5、60;and load-carrying capacity of anti-seepage walls can meet engineering requirement and the steel reinforcement rate of right anti-seepage wall should be increased due to its 

6、;larger bending moment.Key words&nbs        p;  finite element method，cofferdam，stress，deformation，anti-seepage walls, steel reinforcement rate 一 工程概况六库水电站坝址区位于云南省怒江州首府六库城上游4.5km处的怒江“U”型峡谷中，江

7、水流向由北东转为南西流出坝址。六库水电站为河床式电站。枢纽工程总体呈“一”字型布置，主体建筑物由混凝土重力坝、溢流坝、泄洪冲砂闸、主、副厂房等部分组成。纵向碾压混凝土围堰为永久建筑物，工程导流结束后不再拆除。纵向碾压混凝土围堰左侧设有4孔7.5m×10.0m冲砂孔，底板高程798.0m，建基面高程794(工学/水利工程 论文 /).5m。为了满足加固边坡、防止堰基掏刷及基础防渗要求，在堰基部位设置两道钢筋混凝土防渗墙（连续墙）。纵向围堰堰基座于冲积层上，冲积层厚度为15m20m，基岩为挤压破碎岩体，厚25m30m，以散体结构为主。冲积层渗透系数K=27.58 m/d5.69

8、m/d,属强中等透水性。冲积层以下为灰质粉晶白云岩。该地段分布的断层有F4、F5、F2-1，它们和围堰轴线成大角度斜交，呈陡倾角穿过堰基。由于特殊的地质条件和岩层分布，六库水电站纵向碾压混凝土围堰基础稳定是本工程的关键技术问题之一。二 有限元分析原理2.1岩体强度与本构模型   六库水电站纵向围堰堰基主要由软弱的砂卵砾石层和下伏散体结构组成，其特点是变形和强度力学指标低，易于发生塑性流动和屈服。为此，本次有限元分析采用低抗拉的岩体弹塑性本构模型开展研究。   按低抗拉弹塑性模型分析，坝基岩体材料开裂条件用宏观强度描述:表&l

9、t;   （3）弹塑性矩阵为：             （4）               式中：2.2软弱结构面非线性分析模型按层面法向抗拉材料分析，剪切滑移按Mohr-Coulomb条件校核：        

10、;          （5）         式中Cj和tgj分别为软弱夹层抗剪强度参数。对于破碎带宽度较大的断层，按不抗拉弹塑性材料分析，是否进入塑性状态的判别条件仍采用Drucker-Prager准则，只是材料摩擦系数和凝聚力改用断层的相应值，本构矩阵仍沿用（4）式。 2.3纵向围堰稳定安全系数计算方法在岩体稳定性分析评价中，常常采用以下三种稳定安全系数评价方法：（1）点强度储备安全系数（2）

11、基础整体抗滑安全系数：包括超载安全系数、强度储备安全系数以及兼顾超载和强度储备的综合安全系数。（3）基础抗滑安全系数的条分法，例如瑞典圆弧法。本次有限元分析以强度储备法为稳定安全性的主要评价方法，并辅以瑞典圆弧法。强度储备法计算的基本方法是假定荷载不变，通过逐级下浮岩体强度参数，分析堰基变形破坏演变发展过程与超载倍数的关系，寻求堰基整体滑移时相应的岩体强度参数下浮倍数Kc，即作为堰基整体抗滑稳定的强度储备安全系数。<SPAN分析中，其基本内容包括以下几个部分：（1）根据质量守恒及达西(Darcy)定律，对二维四个典型剖面分别进行汛期和枯期不同工况下的二维渗流场有限元计算以及在汛期工况下的

12、三维渗流场有限元计算。（2）采用二维、三维线形有限元按弹性本构模型，分别计算堰体自重、堰体自重汛期水头、堰体自重枯期水头工况下四个典型二维剖面和三维情况下的纵向碾压混凝土围堰变形及稳定性。（3）采用二维非线形有限元按弹塑性本构模型，分别计算和研究堰体自重汛期水头、堰体自重枯期水头工况下四个典型二维剖面分别在逐级下浮岩体强度参数Kc下的堰基变形破坏演变发展过程及整体稳定安全度。（4）采用三维非线形有限元按弹塑性本构模型，研究堰体自重汛期水头工况，岩体强度下降Kc=1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.8六种方案下的堰基变形破坏演变发展过程及整体稳定安全度。（5）分别计算四个典型二维剖面在自重、汛期、枯期水载作用下防渗墙及垫层所承受的轴力N，弯矩M和剪力Q，对防渗墙及垫层进行配筋设计。五、计算结果与分析5.1渗流分析   对比二维和三维渗流分析可知，平面及三维渗流场分析结果所得各剖面水头分布和渗压分布规律相近。均表现为：水头在两道防渗墙处迅速折减；而在砂卵冲积层和基岩则衰减缓慢。枯期渗压均小于汛期渗压。由渗压分布还可发现，两道防渗墙之间的渗压基本无折减（图4）。 图4&