拱坝建基面及体形变模复核

PAGEPAGE14拱坝建基面及体形溪洛渡工程坝高278m，承受1300万吨左右的水推力荷载，可研阶段拱坝建基面研究工作的重点为落实方案，在安全可靠、留有余地的前提下，左、右岸拱坝建基面主要置于微风化～新鲜岩体，中上部560m高程以上，局部利用弱风化下段岩体，河床建基面高程为332.0m，左岸下游拱端平均嵌深43.6m，右岸下游拱端平均嵌深49.7m在拱坝优化设计阶段，本着安全、可靠、经济、合理的原则，根据坝基岩体质量综合分级，拱坝布置及体形设计要求，结合基础处理措施，对拱坝建基面及体形进行了综合比较，在满足拱坝应力和稳定的控制条件下，确定拱坝建基面。并于2004年9月提交了《金沙江溪洛渡水电站拱坝优化设计报告》，三峡总公司组织了审查并同意设计推荐的优化方案04拱坝建基面及拱坝体形招标设计是在拱坝优化设计的基础上，对拱坝建基面及拱坝体形进行深入研究，复核论证，从而确定拱坝建基面及拱坝体形的招标设计方案。4.1拱坝建基面优化方案04是在可研方案基础上进行的拱坝优化设计，参照国内外拱坝选择建基面的原则，以及二滩和其他工程设计经验，按拱坝强度和稳定条件来确定拱坝建基面的开挖深度，在满足拱坝坝体应力控制条件和拱座的稳定控制条件的前提下，优化拱坝建基面。通过拱梁分载法及有限元法进行拱坝应力、位移、坝肩稳定分析，抗震动力分析，基础处理措施比较分析，拱坝整体稳定分析等，分析成果表明拱坝建基面以Ⅲ1级岩体为主，上部高程拱端局部利用Ⅲ2级岩体是可行的，详细论证参见《金沙江溪洛渡水电站拱坝优化设计报告》，拱坝优化设计最终推荐的优化方案04拱坝建基面为：（1）河床中心底部高程仍维持332.0m，近两岸部位可适当抬高至340.0（2）左、右岸430m高程以下至河床的拱座可利用弱风化下段Ⅲ1级偏里的岩体；（3）430m～560m高程陡壁区的拱段建基面主要置于Ⅲ1级岩体；（4）560m高程以上可局部利用Ⅲ2级岩体。优化方案04河床建基面拱端下游点水平嵌深见表4-1-1，左、右岸建基面拱端下游点水平嵌深见表4-1-2。河床建基面拱座下游拱端水平嵌深表4-1高程可研方案优化方案04左岸右岸左岸右岸37083.398.364.455.635062.777.144.236.5平均73.087.754.346.1拱座下游拱端水平嵌深表4-1高程(m)610590560520480440400平均可研方案左岸22.239.654.147.241.430.470.143.6右岸31.445.249.156.857.245.263.249.7优化方案04左岸20.434.440.830.121.416.451.330.7右岸29.336.038.443.037.524.645.736.4与可研方案相比，优化方案拱坝建基面下游拱端平均嵌深左岸减少16m左右，右岸减少14m左右，建基面=2\*ROMANⅡ级岩体从可研的70％左右减少至23％，Ⅲ1级岩体从可研的30％增加至61％，Ⅲ2级岩体从可研的0.1％增加至12％左右。在优化方案04的基础上，根据地质资料，对拱坝建基面，基础综合变形模量、拱坝体形，应力、位移、坝肩稳定、抗震性能、基础处理等方面进行复核设计，从而确定拱坝设计招标方案。4.1.1（1）基础岩体完整性及承载能力基础岩体的完整性是满足抗渗性和耐久性的要求，配合坝基防渗帷幕和排水系统的布置，使坝基具有足够的防渗性能和有利的渗流场，既要避免集中渗漏和发生管涌，又要防止渗流不畅使渗压增加，同时还应注意坝基岩体在长期饱水状态下物理力学特性的变化，影响其耐久性。基础岩体的均匀性是避免应力分布的不均匀，应尽量避免相邻高程基础岩体出现过大的软硬变化。基础岩体承载能力是指坝基不致产生大面积屈服。通常，岩体的承载能力为湿抗压强度的八分之一至十分之一。（2）基础岩体的抗变形能力坝基岩体应有足够的强度和刚度，能承受拱坝传来的各种荷载，满足坝体应力控制条件。（3）拱坝稳定条件拱坝稳定包括滑移稳定和变形稳定，滑移稳定有安全系数作为判别准则，满足坝肩抗滑稳定性要求是确定坝肩嵌深条件的重要因素之一。变形稳定没有安全准则，拱座变形稳定唯一可控制的是用坝体受力状态来衡量。坝基岩体应避免过大的地基变形，从而导致拱圈失去支撑或坝体产生超出容许强度的应力，引起坝体断裂、失稳。（4）建基面形态拱坝是一个超静定结构，建基面不规则的形状变化将引起坝体应力集中；拱圈跨度过大会使坝体应力恶化，并增加体形设计的难度。拱坝建基面形态应避免出现凹凸现象；对局部软弱岩体，通过混凝土置换等加固处理，形成较为规则的建基面形态。4.1.24.1.2.1地形条件坝址位于溪洛渡峡谷中段，河道顺直，两岸山体浑厚，谷坡陡峻，地形完整，无深沟切割；河谷断面呈狭窄的“U”型，河谷宽高比约为2.0；左岸谷坡400～750，右岸谷坡550～750，呈上陡下缓平缓变化。因此，不存在地形条件对拱坝建基面的制约因素。4.1.2.3坝基可利用岩体坝址基岩由二叠系上统峨眉山玄武岩组成，属间歇性多期喷溢的陆相基性火山岩流，岩体坚硬，强度高，整体块状结构，总体完整～较完整，以块状为主。岩体构造破坏较弱，区内未发育较大规模的断层，主要构造行迹为一套发育于岩流层层间和层内的构造错动带及玄武岩的节理裂隙系统。玄武岩致密坚硬，自身抗风化能力强，风化作用主要沿裂隙和层内错动等软弱面发展，具典型的裂隙式和夹层状风化特征。坝区岩体按综合质量分级，可划分为五个岩级和七个亚级，其力学参数见表4-溪洛渡坝基岩体质量分级表表4-1-3岩级亚级岩体结构类型岩体基本特征岩体风化Lc发育程度岩体结构特征岩体紧密程度RBIRQD(％)VP(m/s)kvⅠ整体块状结构坚硬完整，岩体新鲜，局部微风化。整体块状结构，裂隙不发育，间距>100cm，裂面新鲜，少量轻度锈染，Lc不发育。岩体微透水。主要分布于坝基（肩）深部。属优良地基。新鲜不发育50～100>90>5500>0.84Ⅱ块状结构坚硬较完整、岩体微风化～新鲜，无卸荷，块状结构，裂隙一般发育１～２组，裂面较新鲜，部分轻度锈染，间距50～100cm，Lc间距3～5m，且规模小。岩体微～弱透水。属良好地基，对建基面附近的Lc作适当处理后，可直接利用。微风化～新鲜弱发育20～5080～904800～55000.64～0.84ⅢⅢ1块状～次块状结构=1\*GB3①P2β3、P2β4和P2β6层顶部的含凝灰质角砾熔岩。岩体完整，微风化～新鲜，较坚硬，结构面不发育，块状～整体块状结构。岩体微透水为主。约占建基面的10％。=2\*GB3②坚硬较完整的玄武岩，弱下风化、无卸荷，岩体次块状结构为主，局部镶嵌结构。裂隙一般发育2-3组，间距30-50cm。Lc间距3～5m，岩体中等～弱透水。③微新岩体中Lc较发育段，Lc间距1.5～3.0m，P2β6、P2β8中部和P2β3、P2β4和P2β5中下部Lc较发育段，岩体次块状～镶嵌结构，弱透水～中等透水。Ⅲ1级岩体经一定工程处理后属可利用岩体。弱风化下段，部分微风化～新鲜弱发育～较发育10～20，（部分30～60）70～804000～52000.44～0.75Ⅲ2镶嵌结构=1\*GB3①弱风化上段、弱卸荷岩体，裂隙发育一般3～4组，间距10～30cm；Lc间距3～5m，中等透水。=2\*GB3②弱风化下段、无卸荷岩体内Lc较发育带，错动带间距1.5～3m；岩体弱～中等透水为主。=3\*GB3③微-新岩体Lc发育带，Lc间距0.6～1.5m。镶嵌结构岩体，中等透水为主。该级岩体较坚硬、完整性差，中等透水为主，在天然状态下不能直接作高坝坝基，经有效加固处理后可以局部利用。弱上段、弱下段，部分微新较发育～发育5～1050～703500～45000.34～0.56IVIV1镶嵌～碎裂结构=1\*GB3①弱风化上段、强卸荷岩体，裂隙极发育，间距<10cm，张开，松弛，部分裂隙充填次生泥，岩体破碎。中等透水为主，部分强透水。=2\*GB3②弱风化上段、弱卸荷岩体内Lc较发育带，Lc间距1.5～3m。岩体中等透水为主，部分强透水。③弱风化下段、无卸荷岩体内Lc发育带，Lc间距＜1.5m。岩体中等透水为主，部分强透水。④微～新岩体内Lc集中发育的碎裂结构岩体，Lc间距<1.该级岩体较破碎，裂隙张开松弛，弱风化～微新岩体内为Lc发育段，岩体破碎呈风化夹层分布，透水性较强。该级岩体不可直接利用，需挖除。弱上段，部分弱下段较发育～发育1～525～502700～40000.20～0.44IV2碎裂结构=1\*GB3①弱风化上段、局部弱下段内的Lc集中发育成带强风化夹层岩体，Lc间距<1.5m。中～强透水。=2\*GB3②P2βn内的伊利石粘土岩、炭质页岩，岩体破碎，岩性软弱，遇水易软化。③P2βn、P2β13、P2β14层顶部紫红凝灰岩，岩性较软，较破碎。该级岩体软弱破碎，裂隙或Lc发育，不可直接利用，需挖除。弱上段，部分微新发育1～5<252500～40000.17～0.44V散体结构厚度较大的强风化夹层或规模较大的层间层内错动带，岩体破碎，长石斑晶高岭土化，透水性强。属不可利用岩体，需开挖清除。强风化发育<10<2500<0.17（1）=1\*ROMANI、=2\*ROMANII级岩体=1\*ROMANI级岩体为整体块状结构，坚硬完整，岩体新鲜，局部微风化，裂隙不发育，属优良地基。=2\*ROMANII级岩为体块状结构，坚硬较完整、岩体微风化～新鲜，无卸荷，块状结构，属良好地基，=1\*ROMANI、=2\*ROMANII级岩体可直接利用。（2）Ⅲ1级岩体Ⅲ1级岩体主要为弱风化下段无卸荷岩体，完整性较好，以次块状～块状结构为主，部分镶嵌结构，嵌合紧密；岩体声波纵波速度为4000m/s～5200m/s；岩体变形模量建议值：垂直向9GPa～11GPa；水平向11GPa～16GPa。具有较高的强度和抗变形能力，可以直接作为拱坝坝基岩体。（3）Ⅲ2级岩体Ⅲ2级岩体主要为弱风化上段、弱卸荷岩体。以次块状～镶嵌结构为主，嵌合不紧密，完整性和均一性较差。岩体声波纵波速度一般为2600m/s～4000m/s。岩体变形模量建议值：垂直向为4GPa～6GPa；水平向为5GPa～7GPa。岩体强度和抗变形能力相对较差。在拱坝中部以下的坝基尽量不利用或经处理后局部利用；上部高程的拱端基础，经处理后可以部分利用。（4）其他岩体强卸荷岩体和风化夹层构成的IV、V级岩体属不可利用岩体，必须挖除。4.1.2.4建基面岩体质量（1）拱坝建基面各级岩体分布拱坝建基面按各级岩体分布面积与坝基总面积的百分比见表4-1各级岩体分布面积与坝基总面积的百分比表4-方案岩体分级=1\*ROMANⅠ级Ⅱ级Ⅲ1级Ⅲ2级Ⅳ1级变模值(GPa)30.014～2210～135～63～3.5可研方案百分比(﹪)/69.6330.290.08/优化方案04百分比(﹪)/23.1361.8912.302.67（2）与二滩拱坝建基面比较二滩抛物线双曲拱坝址区谷坡陡峻，临江坡高300～400m，坡度在250～450间，坝顶跨度近680m，呈大致对称的宽“V”型河谷。拱坝坝高240m，最大跨度约680m，左岸水平嵌深平均约35.72m，右岸水平嵌深平均约41.44m。正常蓄水高程1200m，约承受95×106二滩工程和溪洛渡工程拱坝在工程规模和受力特点上均有一定的可比性。二滩水电站的成功运行，为溪洛渡水电站拱坝设计提供了对照参考的依据。二滩拱坝建基面建基面没有开挖至新鲜～微风化基岩，而是以弱风化下部作为主要建基面。二滩拱坝基础A、B级岩体属微风化～新鲜岩体。C级岩体，属弱偏微风化岩体，呈块状及块状～镶嵌结构。D级岩体属弱偏强风化非卸荷岩体。E、F级岩体为全强风化和断层破碎带岩体。A～D级岩体，单个岩块的湿抗压强度均在120MPa以上，完全能承受200m以上坝高的荷载。从刚度和变形性能分析C级岩体的变形模量在10GPa以上，其变形性能符合要求。拱坝建基面按各级岩体分布面积与坝基总面积的百分比见表4-1-各级岩体分布面积与坝基总面积的百分比表表4-1-5工程岩体分级A级B级C级D级E级二滩变模值(GPa)35.025.010～155～８３～５面积百分比(％)13.310.656.719.20.2溪洛渡岩体分级=1\*ROMANⅠ级Ⅱ级Ⅲ1级Ⅲ2级Ⅳ1级变模值(GPa)30.014～2210～135～63～3.5面积百分比(％)/23.1361.8912.302.67二滩拱坝建基面是以块状及块状～镶嵌结构的弱偏微风化C级岩体为主，占建基面岩体面积的占56.7％，局部利用弱偏强风化非卸荷D级岩体，占建基面岩体面积的占19.2％。与二滩工程相对比，溪洛渡拱坝建基面主要利用相当于二滩拱坝建基面的C级岩体，变形模量在10GPa以上的Ⅲ1级岩体，占建基面岩体面积的占60％左右，局部利用占建基面岩体面积占12.3％的Ⅲ2级岩体是可行的。4.1.2.5固结灌浆试验灌浆试验场地选择在大坝拱肩槽部位，位置在左岸低高程和右岸中高程，灌浆对象重点为建基面附近的弱风化上段Ⅲ2和弱风化下段Ⅲ1级岩体。左右两个试区的被灌岩体分别代表大坝拱肩槽区域内的低高程和中高程部位的弱风化Ⅲ1级、Ⅲ2级岩体，具有各自的代表性。左岸四试区位于河床低高程部位，灌浆主要对象是P2β5、P2β4两层弱风化上段Ⅲ2和弱风化下段Ⅲ1级岩体，同时兼顾两层内的层间层内错动带和C3层间错动带。右岸三试区位于中高程岸坡部位，灌浆段岩体分布高程为564m～514m，灌浆对象主要是P2β9、P2β8两层弱风化上段Ⅲ2和弱风化下段Ⅲ1级岩体，同时兼顾两层内的层间层内错动带通过对试验资料的综合分析，并参考溪洛渡工程可研阶段固结灌浆试验成果，建议提出在整体上达到设计要求的前提下，弱风化Ⅲ1、Ⅲ2和Ⅳ级岩体以及构造带灌后物理力学指标建议值如表4-1-6所示。灌浆处理后岩体物理力学参数建议表表4-1-6类别内容Ⅲ1Ⅲ2Ⅳ1层间层内错动带裂隙岩块型含屑角砾型岩屑角砾型钻孔声波(m/s)灌前520045703500289024002200灌后4900～5600(5400)4600～5300(4940)3900～5000(4660)3900～4500(4200)3400～4300(3900)2200～2500(2350)提高幅度(均值)4～5%5～8%3～7%45%62%7%变形模量(GPa)灌前10～124～62.5～3.51.3～2.20.8～1.00.3～0.5灌后11～136～83～41.5～3.01.0～1.50.3～0.5提高幅度(均值)9%40%10%30%25%0溪洛渡工程Ⅲ2级岩体灌浆处理前钻孔声波达到4570m/s，变形模量为4GPa～6Gpa，灌浆处理后钻孔声波提高幅度为5％～8％，变形模量提高幅度为40％，达到6GPa～8Gpa。因此，建基面上部高程局部利用处理后的Ⅲ2级岩体是可行的。4.2拱坝体形对建基面适应在拱坝优化设计推荐的抛物线双曲拱坝体形的基础上，进行拱坝建基面及拱坝体形的局部修正和完善工作，确定拱坝招标设计体形。4.2.1拱坝建基面修正设计随着勘探及设计工作的深入，地基综合变模复核计算比可研阶段更细化和准确，拱坝建基面优化后的地基综合变模与可研方案相比拱坝上部及下部高程略有降低，中部高程左岸基本相当，右岸有所提高。地基综合变模的变化，需对拱坝建基面进行局部修正和完善设计。修正后的拱坝建基面左、右岸水平嵌深见表4-2-1。拱座下游拱端水平嵌深表4-2-1高程(m)坝肩河床610590560520480440400平均370350可研方案左岸22.239.654.147.241.430.470.143.683.362.7右岸31.445.249.156.857.245.263.249.798.377.1招标方案左岸20.4434.3840.8430.1421.5516.3451.4130.7364.4244.19右岸29.3435.9938.452.5641.0424.5845.6738.2355.6436.654.2.2拱坝体形局部修正设计采用局部修正和完善后的拱坝建基面进行拱坝体形局部修正设计。拱坝体形设计时,以地质纵3剖面线作为拱坝中心线，纵3剖面线与X线的交点为顶拱上游面与拱冠梁的交点A点，A点与坐标原点O点的距离OA=300.0米。与可研方案相比，拱坝中心线向左岸平移5.0米根据混凝土室内试验中间成果，坝址区玄武岩的弹性模量平均为40Gpa左右，考虑混凝土徐变效应等因素，拱坝招标体形设计坝体混凝土变形模量取E=26.0MPa。拱坝体形参数特征值见表4-2-2，拱坝招标体形图见附图4-1、附图4-2抛物线双曲拱坝体形参数特征值表4-2-2序号项目可研方案招标体形增减幅度（％）1拱冠顶厚(m)14.014.00.002坝高(m)278.0278.00.003拱冠底厚(m)69.060.0-13.044拱端最大厚度(m)75.7064.0-15.465顶拱中心线弧长(m)698.07681.51-2.376最大中心角(°)96.2195.58-0.657厚高比0.2480.216-12.908弧高比2.5122.451-2.439上游倒悬度0.2170.141-35.0210柔度系数10.6810.881.8711坝体混凝土方量(万方)671555.29-17.24与可研方案相比，拱坝招标体形顶拱中心线弧长、拱坝厚度及坝体混凝土方量有较大幅度的减小，两个拱坝的柔度系数基本相当。4.2.3拱坝招标拱坝招标体形参数曲线拟合主要分为：拱冠梁剖面拟合和水平拱圈拟合。拱冠梁剖面的控制参数为拱冠梁上游坝面曲线Au及拱冠梁厚度Tc。水平拱圈的控制参数为拱端X、Y坐标、拱圈曲率半径R以及中心角。经过分析，确定溪洛渡拱坝招标体形参数拟合原则为：（1）沿高程任意一点的拱冠梁上游坝面曲线Au、拱冠梁厚度Tc采用三次曲线插值拟合，拟合公式：TC(i)=a0+a1*z+a2*z2+a3*z3+a4*z4Au(i)=a0+a1*z+a2*z2+a3*z3+a4*z4（2）选取上、下游拱端X坐标，拱圈曲率半径R进行拟合；（3）拱端上、下游任意一点的X坐标，每10米高程为一拟合控制高程，采用沿高程线性插值，拟合公式：Xi=x2+(zi-z2)*(x1-x2)/(z1-z2)（4）沿高程任意一点的拱圈曲率半径R采用三次曲线插值拟合，拟合公式：R(i)=a0+a1*z+a2*z2+a3*z3+a4*z44.2.3.1（1）拱冠梁上游坝面曲线Au拟合在610.0m～332.0m高程之间，Au=0.42590310*Zi-0.8508480*Zi2*10-3-0.10539520*Zi其中:Zi=610.0-Z（2）拱冠梁厚度Tc拟合在610.0m～332.0m高程之间，Tc=14.0+0.37886110*Zi-0.1366380*Zi2*10-2+0.21538770*Zi3*10-5其中:Zi=610.0-Z4.2.3拱端上、下游任意一点的X坐标，每10米高程为一拟合控制高程，采用沿高程线性插值，拟合公式：Xi=x2+(zi-z2)*(x1-x2)/(z1-z2)。在332.0m～610.0m高程之间，左、右岸拱端上、下游点X坐标沿高程拟合曲线见图4-图4-2-1拱端上4.2.3左、右岸上、下游拱圈曲率半径R

沿高程均分四段采用三次曲线插值进行拟合，具体分段为：610.0m～560.0m，560.0m～480.0m，480.0m～400.0m，400.0m～在332.0m～610.0m高程之间，左、右岸上游拱圈曲率半径沿高程拟合曲线见图5-1，下游拱圈曲率半径沿高程拟合曲线见图4-2-2、4-2-3图4-2-2上游拱圈曲率半径拟合图形图4-2-3下游拱圈曲率半径拟合图形4.2.3.4拱坝拟合体形平面图见图4-右岸左岸图4-2-4拱坝拟合体形平面图4.2.4地基综合变模复核由于招标方案拱坝建基面局部利用弱风化下段Ⅲ1级岩体及弱风化上段Ⅲ2级岩体，拱坝拱座建基面位置在可研方案的基础上有所外移。坝基综合变形模量值比可研方案有所减小。因此，需进行招标方案地基综合变模复核。坝址区地层产状平缓，主要地质构造为发育于岩流层层间和层内的缓倾角构造错动带，由于玄武岩岩流层的层状构造及缓倾角节理较为发育的特点，岩体的变形模量存在着水平向和垂直向的差异，水平向变形模量明显高于垂直向变形模量。采用有限单元法进行计算分析，计算步骤如下：①对于拱梁分载法计算中的各个设计高程，模拟河谷地形及坝基开挖，分别截取拱向、梁向平面有限元计算网格。②根据坝基范围内的各类岩性分区和节理构造，并考虑基础处理措施，各自采用不同变形模量，确定单元材料参数。③计算各个设计高程，在单位荷载作用下的拱向、梁向变形。④按应变能相等原理，分别计算拱向及梁向的坝基综合变形模量。⑤进行拱向、梁向变模综合，得出坝基各个设计高程，反映实际地形地质条件的综合变形模量。可研方案和招标方案综合变形模量值计算结果见表4-2-3。坝基综合变形模量设计值表表4-2-3单位：GPa方案高程(m)610590560520480440400370360350332332可研方案左岸15.816.617.416.515.515.114.714.213.613.6右岸15.215.916.616.215.815.114.414.013.613.6招标方案左岸13.1714.4417.5815.5614.9612.9812.2112.4312.2313.3913.36右岸12.2614.0116.7116.8316.1014.7413.4113.3212.2913.0313.364.3拱坝应力分析4.3.1分析内容针对拱坝招标体形进行的拱坝应力分析内容主要包括：拱梁分载法及有限元法的静力和动力分析，坝身孔口结构的影响分析，拱坝上游切角及下游贴角的影响分析，温度应力的影响分析。4.3.2设计荷载及荷载组合4.3.2.1主要设计荷载（1）水、沙荷载上游正常蓄水位：600.00m相应下游水位：378.00m上游设计洪水位：600.70m相应下游水位：409.78m上游校核洪水位：607.94m相应下游水位：414.61m死水位：540.00m相应下游水位：坝前淤砂高程：490.00m淤砂浮容重：0.5t/m3淤砂内摩擦角：0º（2）坝体混凝土主要参数混凝土容重：2.4t/m3弹性模量：24.0GPa泊松比：0.17线膨胀系数：1.0×10-5/℃（3）温度荷载按照《拱坝设计规范》推荐公式，各设计高程的特征温度荷载见表4-3-1设计高程封拱温度及温度荷载(℃)表4高程(m)610590560520480440400360332封拱温度16141312设计温降Tm2.722.382.481.862.802.833.853.142.25Td0.002.116.378.429.069.289.428.577.50设计温升Tm8.655.394.092.933.633.524.503.522.25Td0.004.9711.4.013.0813.2313.2313.1110.757.50死水位运行Tm8.657.669.115.354.133.524.503.522.25Td0.000.000.007.6512.0513.2313.1110.757.50注：Tm表示均匀温度，Td表示等效线性温差。（4）地震作用根据国家地震局对溪洛渡电站基本烈度复核和危险性分析成果，并经国家烈度评定委员会审定，坝区地震基本烈度为8度。鉴于溪洛渡拱坝高278m，根据《抗震设计规范》，其抗震设防标准需作专门论证。根据坝址区地震危险性分析成果，采用100年基准期内超越概率P100=0.02，确定设计烈度的概率水准，相应基岩水平峰值加速度为0.321g，垂直向加速度取为水平向的0.65倍。4.3.2.2主要荷载组合（1）基本荷载组合根据规范规定，在拱坝设计中，主要采用以下荷载组合：①基本组合Ⅰ：上游正常蓄水位+相应下游水位+泥沙压力+自重+温降②基本组合Ⅱ：上游死水位+下游最低尾水位+泥沙压力+自重+温升③基本组合Ⅲ：上游正常蓄水位+相应下游水位+泥沙压力+自重+温升④基本组合=4\*ROMANⅣ：上游死水位+相应下游水位+泥沙压力+自重+温降（2）荷载特殊组合=5\*GB3⑤特殊组合Ⅰ：上游校核洪水位+相应下游水位+泥沙压力+自重+温升=6\*GB3⑥特殊组合=2\*ROMANⅡ：上游校核洪水位+相应下游水位+泥沙压力+自重+温降=7\*GB3⑦特殊组合=3\*ROMANⅢ：设计洪水位+泥沙压力+自重+温降=8\*GB3⑧特殊组合=4\*ROMANIV：设计洪水位+泥沙压力+自重+温升（3）施工期荷载组合根据大坝混凝土浇筑、坝体接缝灌浆及分期蓄水进度安排，对于施工期的计算概化为以下七个阶段：阶段一：浇筑：380.0m，自重作用。阶段二：浇筑：410.0m，封拱：380.0m，自重作用。阶段三：浇筑：440.0m，封拱：400.0m，自重作用。阶段四：浇筑：520.0m，封拱：440.0m，上游水位：440.0m，下游水位：阶段五：浇筑：560.0m，封拱：480.0m，上游水位：450.0m，下游水位：378.0m阶段六：浇筑：610.0m，封拱：560.0m，上游水位：560.0m，下游水位：阶段七：浇筑：610.0m，封拱：610.0m，上游水位：600.0m，下游水位：378.0m，同时计入淤沙作用以及坝体温降荷载，淤沙高程：阶段八：浇筑：610.0m，封拱：610.0m，上游水位：600.0m，下游水位：378.0m，同时计入淤沙作用以及坝体温升荷载，淤沙高程：4.3.34.3.3.1拱梁分载法应力采用成勘院ADSC-CK拱梁分载法程序，进行拱坝招标体形在各种单项荷载及荷载组合作用下的坝体位移、应力计算，坝体及基础综合变形模量适应性计算分析，施工期坝体位移、应力计算。计算网格采用9拱17梁的网格布置。（1）单项荷载坝体应力在各种单项荷载作用下，招标方案拱坝位移、应力计算成果见表4-3单项荷载作用下位移、应力表4-3-2单位：应力Mp荷载项目自重水砂荷载温降荷载温升荷载数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)最大主压应力上游坝面10.65(332)8.47(480)0.79(610)1.81(610)下游坝面5.94(440)7.71(480)1.91(400)2.68(400)最大主拉应力上游坝面-0.27(520)-6.50(332)-1.54(520)-2.48(560)下游坝面-0.79(332)-3.57(440)-0.97(610)-0.75(610)最大径向位移坝体\12.92(480)-2.62(610)-4.60(610)基础\3.88(350)-0.16(350)-0.19(350)最大切向位移坝体\3.08(480)0.22(560)0.35(560)基础\2.55(400)0.12(400)0.22(610)注：径向位移“-”号表示向上游移动。单项荷载计算结果表明：在各种单项荷载作用下，招标方案拱坝坝体位移、应力分布符合一般规律。（2）荷载基本组合坝体应力在荷载基本组合Ⅰ、基本组合Ⅱ、基本组合Ⅲ、基本组合=4\*ROMANIV工况作用下，拱坝招标体形坝体位移、应力成果见表4-3-3。在荷载基本组合Ⅰ作用下，拱坝坝体位移、应力矢量图见图4-3-1～图4-3-3，坝面主应力等值线图见图4-3-4～图4-3-7。拱坝上、下游周边主应力见图4-3-8～图4-3-11，拱坝周边位移见图4-3-12、图4-3-13。荷载组合工况作用下的坝体应力表4-3-3荷载项目基本组合Ⅰ基本组合Ⅱ基本组合=3\*ROMANⅢ基本组合=4\*ROMANIV数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)最大主压应力上游坝面7.28(440)6.78(350)6.74(440)6.85(350)下游坝面8.35(480)5.27(370)8.61(480)5.18(370)最大主拉应力上游坝面-0.83(480)-1.07(610)-1.02(480)-1.16(610)下游坝面-0.54(350)-0.80(610)-0.29(350)-1.15(610)最大径向位移坝体12.19(480)6.54(440)11.83(480)6.80(440)基础3.78(350)2.67(350)3.74(350)2.71(350)最大切向位移坝体3.10(480)1.65(440)3.06(480)1.68(440)基础2.74(400)1.65(400)2.75(400)1.65(400)图4-3图4-3图4-3图4-3图4-3图4-3图4-3图4-3-图4-3图4-3图4-3图4-3图4-3在荷载基本组合工况作用下，拱坝招标体形坝体位移、应力计算结果表明：拱坝上、下游坝面位移、拉、压应力分布符合一般规律，坝面大部分处于受压状态，只建基面周边局部处于受拉状态。在所有荷载基本组合工况作用下，坝体位移、主应力值均满足设计控制标准。与可研拱坝相比，拱坝位移、拉、压应力值的量级相当。（3）荷载特殊组合坝体应力在荷载特殊组合Ⅰ工况作用下，拱坝招标体形坝体应力、位移成果见表4-3荷载特殊组合工况作用下的坝体应力表4-3-4最大主压应力最大主拉应力上游坝面数值(部位)下游坝面数值(部位)上游坝面数值(部位)下游坝面数值(部位)6.98(480)9.11(520)-1.14(520)-0.36(350)最大径向位移最大切向位移坝体基础坝体基础12.49(480)3.68(350)3.25(480)2.85(400)荷载特殊组合Ⅰ工况坝体位移、应力计算结果表明：上、下游坝面位移、主应力分布符合一般规律，坝面大部分处于受压状态，只建基面周边局部处于受拉状态，最大位移值和主应力值均满足设计控制标准。（4）坝体混凝土变模敏感性分析溪洛渡坝址区玄武岩的弹性模量平均为40Gpa左右，在拱坝招标体形设计时，考虑混凝土徐变效应等因素，坝体混凝土变形模量取E=26.0MPa。在坝体混凝土变形模量浮动分析时，取变幅为24GPa～28GPa，计算荷载考虑基本组合Ⅰ～基本组合=4\*ROMANIV及特殊组合=1\*ROMANI，计算工况如下：工况1：坝体混凝土变形模量采用24.0GPa；工况2：基本设计变模坝体混凝土变形模量采用26.0GPa；工况3：坝体混凝土变形模量采用28.0GPa；坝体混凝土变形模量为26.0GPa的计算工况为溪洛渡抛物线双曲拱坝招标体形设计的控制工况，坝体混凝土变形模量不同取值的计算结果见表4-3-5、表4-3-6。基本组合Ⅰ～基本组合=4\*ROMANIV坝体最大位移及坝面最大主应力图见图4-3-14～图4-3-18。坝体混凝土变形模量浮动基本组合计算成果表4-3-5坝体混凝土变模（GPa）24.0GPa26.0GPa28.0GPa基本组合Ⅰ基本组合=2\*ROMANII基本组合=3\*ROMANIII基本组合=4\*ROMANIV基本组合Ⅰ基本组合=2\*ROMANII基本组合=3\*ROMANIII基本组合=4\*ROMANIV基本组合Ⅰ基本组合=2\*ROMANII基本组合=3\*ROMANIII基本组合=4\*ROMANIV数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)最大主压应力上游面7.28(440)6.16(350)6.74(440)6.23(350)7.28(440)6.78(350)6.74(440)6.85(350)7.28(440)7.40(350)6.74(440)7.47(350)下游面8.35(480)5.16(370)8.61(480)5.07(370)8.35(480)5.27(370)8.61(480)5.18(370)8.35(480)5.37(370)8.61(480)5.29(370)最大主拉应力上游面-0.85(480)-1.07(610)-1.03(480)-1.16(610)-0.83(480)-1.07(610)-1.02(480)-1.16(610)-0.81(520,480)-1.07(610)-1.00(480)-1.16(610)下游面-0.54(350)-0.80(610)-0.29(350)-1.15(610)-0.54(350)-0.80(610)-0.29(350)-1.15(610)-0.53(350)-0.80(610)-0.29(350)-1.15(610)径向位移坝体12.19(480)6.54(440)11.83(480)6.80(440)12.19(480)6.54(440)11.83(480)6.80(440)12.19(480)6.54(440)11.83(480)6.80(440)基础3.78(350)2.67(350)3.74(350)2.71(350)3.78(350)2.67(350)3.74(350)2.71(350)3.78(350)2.67(350)3.74(350)2.71(350)切向位移坝体3.10(480)1.65(440)3.06(480)1.68(440)3.10(480)1.65(440)3.06(480)1.68(440)3.10(480)1.65(440)3.06(480)1.68(440)基础2.74(400)1.65(400)2.75(400)1.65(400)2.74(400)1.65(400)2.75(400)1.65(400)2.74(400)1.65(400)2.75(400)1.65(400)坝体混凝土变形模量浮动特殊组合计算成果表4-3-6荷载项目24.0GPa26.0GPa28.0GPa数值(高程)数值(高程)数值(高程)最大主压应力上游坝面6.98(480)6.98(480)6.98(480)下游坝面9.11(520)9.11(520)9.11(520)最大主拉应力上游坝面-1.15(480)-1.14(520)-1.13(520)下游坝面-0.37(350)-0.36(350)-0.36(350)最大径向位移坝体12.49(480)12.49(480)12.49(480)基础3.68(350)3.68(350)3.68(350)最大切向位移坝体3.25(480)3.25(480)3.25(480)基础2.85(400)2.85(400)2.85(400)图4-3-14图4-3-1图4-3-1图4-3-1图4-3-1应力、位移计算结果表明：=1\*GB3①当坝体变形模量在24GPa～28GPa范围内变化时，坝体和基础的径、切向位移最大值没有变化。=2\*GB3②上、下游坝面最大主压应力随坝体变模值的增加而略有增加，总体上受坝体变形模量变化的影响不大。=3\*GB3③上、下游坝面主拉应力随坝体变模值的增加而略有减少，最大主拉应力受坝体变形模量变化的影响不大。由上述分析表明，坝体变形模量在24GPa～28GPa范围内变化时，对拱坝位移、最大主应力的影响幅度很小。因此，溪洛渡抛物线双曲拱坝坝体混凝土变形模量取26Gpa是合适的。（5）基础适应性对拱坝招标体形，进行基础变模浮动对坝体位移、应力影响的敏感分析比较，计算荷载采用基本组合Ⅰ，基础变模浮动计算工况如下：工况1：基本设计变模；工况2：基本设计变模整体上浮20％；工况3：基本设计变模整体下浮20％；工况4：左岸基本设计变模整体上浮20％；工况5：左岸基本设计变模整体下浮20％；工况6：右岸基本设计变模整体上浮20％；工况7：右岸基本设计变模整体下浮20％；工况8：440m高程及以上设计变模上浮20％；工况9：560m高程及以上设计变模下浮20％；工况10：400m高程及以下设计变模下浮20％；工况11：基本设计变模整体上浮50％；工况12：基本设计变模整体下浮30％；其中，工况10主要模拟河床部位建基面软弱岩体可能应起基础变模值的下浮。工况9主要模拟上部高程局部利用=3\*ROMANⅢ2级岩体所引起变模值的下浮。工况11、工况12主要考虑基础综合变模值最大可能增加和减少的范围时，坝体应力可能发生的变化情况。基础综合变模值浮动范围见表4-3-7。在各种基础变模浮动工况下，拱坝招标体形坝体位移、应力计算成果见表4-3-8。上、下游坝面拉、压应力最大值见图4-3-19～图4-3-22。坝基综合变形模量表4-3高程(m)610.00590.00560.00520.00480.00440.00400.00370.00350.00332.00332.00左岸基本变模13.17014.44017.58015.56014.96012.98012.21012.43012.23013.39013.360上浮20％15.80417.32821.09618.67217.95215.57614.65214.91614.67616.06816.032上浮50％19.75521.66026.37023.34022.44019.47018.31518.64518.34520.08520.040下浮20％10.53611.55214.06412.44811.96810.3849.7689.9449.78410.71210.688下浮30％9.21910.10812.30610.89210.4729.0868.5478.7018.5619.3739.352右岸基本变模12.26014.01016.71016.83016.10014.74013.41013.32012.29013.03013.360上浮20％14.71216.81220.05220.19619.32017.68816.09215.98414.74815.63616.032上浮50％18.39021.01525.06525.24524.15022.11020.11519.98018.43519.54520.040下浮20％9.80811.20813.36813.46412.88011.79210.72810.6569.83210.42410.688下浮30％8.5829.80711.69711.78111.27010.3189.3879.3248.6039.1219.352基础变模浮动计算成果表4-3-8单位：应力：MPa项目设计变模工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9工况10工况11工况12最大主压应力上游面7.28(440)7.09(480)7.54(440)7.24(480)7.44(440)7.20(440)7.46(480)7.35(440)7.28(440)7.65(440)6.89(480)7.99(480)下游面8.35(480)8.63(370)8.29(520)8.69(370)8.38(480)8.75(370)8.22(480)8.82(440)8.40(480)8.83(480)9.35(370)8.29(520)最大主拉应力上游面-0.83(480)-1.06(480)-0.59(520)-1.01(480)-0.71(480)-0.91(480)-0.77(480)-1.03(480)-0.78(480)-0.78(480)-1.31(480)-1.02(590)下游面-0.54(350)-0.19(350)-1.03(350)-0.71(350)-0.80(350)-0.33(350)-1.23(350)-0.48(350)-0.55(350)-0.93(350)-0.13(332)-1.40(350)最大径向位移坝体12.19(480)11.38(480)13.38(480)11.75(480)12.84(480)11.82(480)12.73(480)11.92(480)12.25(480)12.95(480)10.56(480)14.20(480)基础3.78(350)3.21(350)4.62(350)3.45(350)4.51(350)3.71(350)4.19(350)3.75(350)3.78(350)4.56(350)2.63(350)5.22(350)最大切向位移坝体3.10(480)2.70(480)3.71(480)2.92(480)3.67(480)3.07(480)3.49(440)2.80(440)3.15(480)3.36(480)2.30(480)4.15(480)基础2.74(400)2.27(400)3.43(400)2.57(440,400)3.39(400)2.71(400)3.22(440,400)2.61(400)2.75(400)3.22(400)1.81(400)3.92(400)图4-3-19图4-3图4-3图4-3拱坝招标体形基础变模浮动各个工况的计算结果表明：=1\*GB3①在拟定的基础变模浮动范围内，拱坝招标体形上、下游坝面位移、拉、压应力分布规律相同，除工况11、工况12外，坝体主应力值均满足设计控制标准。=2\*GB3②坝体及基础位移随基础变模增加而减小，随基础变模下降而增大，变模局部浮动的规律与变模整体浮动相同，但位移量值减小或增大的幅度均小于变模整体浮动的情况。=3\*GB3③无论基础变模整体浮动还是局部浮动，对坝体主压应力的影响相对较小，在基础变模±20％浮动范围内，上游坝面主压应力均不超过8.0MPa，下游坝面主压应力均不超过9.0MPa。=4\*GB3④基础变模浮动对坝体主拉应力有一定的影响，在基础变模±20％浮动范围内，上游坝面主拉应力均不超过-1.10MPa，下游坝面主拉应力均不超过-1.30MPa。=5\*GB3⑤基础变模整体上浮50％时，拱坝建基面的变模基本上达到20.0Gpa左右，中部高程最大达到26.0Gpa左右，拱坝坝面的应力、位移分布仍符合一般规律，但下游坝面最大主压应力达到9.35MPa，上游坝面主拉应力达到-1.31Mpa，超过设计控制标准。=6\*GB3⑥基础变模整体下浮30％时，拱坝建基面的变模基本上为10.0Gpa左右，坝面主拉、压应力值均满足设计控制标准，但拉应力分布面积增大，上游坝面的上部高程也出现较大值的拉应力，应力分布规律出现变化，表明拱坝建基面的基础变模不宜小于10.0Gpa。由上述分析可知：基础变模在拟定的范围内局部浮动，拱坝招标体形最大主拉、压应力值基本上均能满足设计要求。说明拱坝招标体形对建基面基础变模的变化具有一定的适应能力。（6）施工期坝体应力针对拱坝招标体形，进行模拟施工过程的坝体应力分析比较，施工期各阶段荷载及组合见4.3.2。拱坝施工期各阶段坝体位移、应力计算成果见表4-3-9拱坝招标体形施工期坝体应力成果表4-3-9单位：应力：工况项目阶段一阶段二阶段三阶段四阶段五阶段六阶段七阶段八数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)数值(高程)最大主压应力上游面2.02(332)3.44(332)4.80(332)6.04(332)5.57(332)5.67(480)7.82(480)7.17(480)下游面0.59(345)0.88(350)1.22(360)2.50(420)3.62(350)6.53(350)9.34(332)9.38(332)最大主拉应力上游面/-0.32(380)-0.55(380)-0.06(440)-0.07(480)-0.31(520)-1.15(520)-1.27(520)下游面/-0.17(380)-0.29(380)-0.15(400)-0.12(350)-0.86(350)-0.22(350)-0.09(332)悬臂最大主拉应力上游面/-0.32(380)-0.43(400)-0.06(440)-0.07(480)-0.01(560)//下游面/-0.17(380)-0.21(400)/////最大径向位移坝体/0.23(380)0.44(380)0.95(440～420)2.78(440)8.23(480)12.77(480)12.41(480)基础/0.05(380～360)0.10(380～370)0.53(332)1.03(332)2.39(350)3.65(350)3.61(350)最大切向位移坝体/0.02(380～345)0.06(380～370)0.21(440～420)0.63(440)1.91(440)3.18(480)3.14(480～440)基础/0.02(380～345)0.06(370)0.15(420,370～350)0.50(400)1.61(400)2.77(400)2.79(400)图4-3图4-3图4-3图4-3拱坝招标体形在概化的八个施工阶段的计算结果表明：=1\*GB3①在施工各个阶段中，坝体位移、应力值的增量均能满足施工期的要求。=2\*GB3②随着大坝浇筑过程的发展，坝体及基础的最大径向位移、最大主、拉压应力出现在阶段七及阶段八，坝体封拱至坝顶高程，坝体承受自重、水沙、温度荷载组合作用工况。=3\*GB3③整个大坝施工结束后，施工阶段七与荷载基本组合=1\*ROMANI、施工阶段八与荷载基本组合=3\*ROMANIII工况相比，坝体位移、应力的分布规律相同，最大位移值量级相当。考虑施工过程的阶段七及阶段八上游坝面拉应力值及下游坝面主压应力值有所增大。4.3.3.2线弹性有限元法应力（1）计算模型以坝轴线为中心，向上游取一倍坝高、左右岸各取两倍坝高、下游取2.5倍坝高，建基面以下取一倍坝高，坝顶高程以上取100m。因此，溪洛渡工程模型范围为1797m×1041m×928m(宽×长×高)，网格模型示意图见图图4-3-27图4-3-28在坝体与基础的接触部位划分薄层单元，薄层厚度为1／100坝高。为了满足计算精度的要求，对坝体及建基面附近的岩体采用了20节点高次单元进行剖分，对离坝体较远的岩体采用8节点单元进行模拟。整个模型均采用计算精度较高的六面体网格进行剖分。模型共采用56323个节点，86405个单元。（2）计算成果应力计算采用荷载基本组合Ⅰ。计算中不考虑初始构造应力场以及岩体自重所引起的位移；因此在组合工况计算时，考虑坝体自重所引起的应力但未计入其位移。计算中，对模型的四周和底面上的节点采用法向链杆约束。为了避免应力集中的影响，采用薄层单元以里距离坝基边缘（约1/50坝高）的高斯点应力代替坝体边缘应力，对建基面外移后的大坝应力、位移进行评价。在基本组合Ⅰ工况作用下，坝体应力、位移计算成果见表4-3-10、表4-3-11，应力和位移等值线图见图4-3-29～图4-3-36基本组合Ⅰ坝体位移、应力成果表4-3-10工程最大主应力S1(MPa)最小主应力S3(MPa)横河向位移Ux(cm)顺河向位移Uy(cm)上游下游上游下游左岸右岸溪洛渡3.670.98-5.80-18.41.591.6811.17560m左拱端370m以上480m右1/4拱370m左、右拱端520m左1/4拱520m右1/4拱5中部基本组合Ⅰ基础变位成果表4-3-11工程横河向位移(cm)顺河向位移(cm)左岸右岸左岸右岸溪洛渡0.99-1.44-3.27-3.63560m左坝趾560m右坝趾右坝趾左、右拱端图4-3-29图4-3-30图4-3-31图4-3-32图4-3-33图4-3-34图4-3-35图4-3-36计算结果比较表明：=1\*GB3①坝体顺河向位移基本上呈对称分布，位移值由拱端向拱冠增大，顺河向最大位移为11.17cm，位于拱冠梁520m高程；坝体横河向位移均由拱端、拱冠向1/4拱圈部位增大，左、右岸最大位移位均指向拱冠方向，最大横河向位移，右岸为1.68cm，位于520m高程右侧1/4拱，左岸为1.59cm，位于520m高程左侧1/4拱。=2\*GB3②建基面横河向最大变位均位于建基面中上部高程下游侧，指向山里。拱坝左右岸变位最大值分别为0.99cm、1.44cm，出现在560m高程坝趾。建基面顺河向位移左、右岸基本对称，左、右岸顺河向位移最大值分别为3.27cm、3.63cm，均位于560高程坝趾。=3\*GB3③拱坝上、下游坝面均处于较为均匀的受压状态，压应力值上游坝面从坝体边缘向中部增大，下游坝面由拱冠梁向坝基边缘逐渐增大。上游坝面最大主压应力为-5.80MPa，位于480m高程右1/4拱处。下游坝面最大主压应力为-18.4MPa，位于370m高程两拱端。=4\*GB3④在距建基面约1/20坝高以上范围内，拱坝的上、下游坝面基本上均处于受压状态，拉应力分布范围很小，下游坝面坝体中上部部分面积处于低拉应力状态。上游面最大主拉应力值为3.67MPa，位于上游坝面340m高程附近。下游坝面最大主拉应力值为0.98MPa左右，主要分布于385m高程的左坝趾。4.3.4溪洛渡拱坝设防地震烈度高，100年基准期超越概率2％的设计基岩水平加速度峰值为0.321g。按《抗震设计规范》(DL5073-2000)的原则和规定，采用拱梁分载法对招标阶段拱坝体形的大坝动力特性及其动力反应进行分析计算，评价大坝工程的抗震安全。计算工况为：=1\*GB3①上游正常蓄水位+相应下游水位+坝体自重+设计温降+淤砂压力+设计地震=2\*GB3②上游正常蓄水位+相应下游水位+坝体自重+设计温升+淤砂压力+设计地震=3\*GB3③上游死水位+相应下游水位+坝体自重+设计温降+淤砂压力+设计地震=4\*GB3④上游死水位+相应下游水位+坝体自重+设计温升+淤砂压力+设计地震4.3.4.1坝体动力特性表4-3-12列出了正常蓄水位和自振频率和振型参与系数表4阶次正常蓄水位对称性死水位对称性自振频率（Hz）振型参与系数自振频率（Hz）振型参与系数顺河向横河向顺河向横河向11.22890.0093-1.4253反对称1.40800.0065-1.5808反对称21.39922.71920.0433正对称1.60802.83830.0346正对称31.79341.30960.0119正对称2.06241.36380.0057正对称42.3811-2.67140.02632.6357-2.89400.056652.47460.0658-0.52352.79440.0551-0.252762.8108-0.03631.85853.1239-0.04442.324373.15980.17870.30363.49410.00590.536583.5325-0.73810.33623.8349-0.0055-1.365693.8008-0.0232-1.45753.9685-0.6927-0.6514104.0477-0.8587-0.41484.4178-0.9234-0.3797计算成果表明：（1）大坝基本振型呈反对称振型，反映了溪洛渡拱坝高度大，坝体较薄的双曲拱坝特点；（2）大坝自振频率相对较低。正常蓄水位时反对称第一阶模态自振频率约为1.23Hz，正对称第一阶模态自振频率约为1.41Hz左右，且呈现出各阶模态分布密集的特点；（3）两种不同坝前水位相比，由于水位降低导致上游坝面水体附加质量的减小，死水位的自振频率比正常蓄水位及校核水位的自振频率均有所提高，而振型参与系数变化不大。4.3.4.2拱坝动力反应分析动力反应以及静动叠加的坝体应力和位移最大值见表4-3-13、表4-3-14。应力等值线见图4-3-37～图4-坝体动力反应最大值表4-3-12最大拱向应力最大梁向应力最大径向位移数值部位数值部位数值部位正常蓄水位上游面6.83顶拱拱冠3.21▽480拱冠9.00顶拱拱冠下游面4.57▽590拱冠左侧3.45▽480拱冠死水位上游面6.12顶拱拱冠2.77▽480拱冠8.21顶拱拱冠下游面4.35顶拱拱冠右侧2.98▽480拱冠坝体静动综合主应力最大值表4-最大主拉应力最大主压应力数值部位数值部位正常蓄水位+温降上游面-4.31顶拱拱冠10.22▽480拱冠下游面-3.08▽480拱冠10.87▽370拱冠左1/2拱正常蓄水位+温升上游面-4.33▽590拱冠10.21顶拱拱冠左侧下游面-3.12▽480拱冠11.15▽520拱冠右侧死水位+温降上游面-6.12顶拱拱冠8.32▽350拱冠左侧下游面-3.84▽590拱冠左侧8.70▽480拱冠右侧死水位+温升上游面-6.27▽590拱冠8.45▽350拱冠左侧下游面-3.21▽590拱冠左侧9.16▽480拱冠右侧计算结果表明：（1）两种水位情况下，地震动应力均以拱向动应力为主，拱向高应力区分布在坝体上部高高程拱冠梁附近，正常蓄水位最大达6.83MPa，死水位最大达6.12MPa；（2）正常蓄水位工况下，上游面梁向动应力约为拱向动应力的47％，下游面梁向动应力约为拱向动应力的75.5％。死水位工况下，上游面梁向动应力分别约为拱向动应力的45.3％，下游面梁向动应力约为拱向动应力的68.5％。梁向高应力区主要分布于坝体中高高程拱冠梁附近，最大值3.45MPa；（3）死水位时的大坝地震动力反应较正常蓄水位时有所降低，最大径向动位移从正常蓄水位的9.00cm降至8.21cm（降低约9％），上游面最大拱向动应力从正常蓄水位的6.83MPa降至6.12MPa（降低约10％）。地震动力反应降低不太明显，原因在于随着坝前水位的降低，虽然地震动水压力随之减小，但坝体自振频率的提高使得各阶振型的反应谱值增大；（4）“正常蓄水位+温降”工况下，上、下游面主压应力均小于相应部位压应力控制标准，满足设计要求；上游面主拉应力高应力区集中出现在顶拱拱冠梁附近，最大值为-4.31MPa，大于该部位应力控制标准-3.3MPa，但高拉应力区面积很小，小于上游面面积的5.0％；下游面主拉应力高应力区主要分布于坝体拱冠梁两侧，最大值为-3.08MPa，小于该部位拉应力控制标准-3.3MPa；（5）“正常蓄水位+温升”工况下，上、下游面主压应力均小于相应部位压应力控制标准，满足设计要求；上游面主拉应力高应力区集中出现在顶拱拱冠梁附近，最大值为-4.33MPa，大于该部位应力控制标准-3.3MPa，但高拉应力区面积很小，小于上游面面积的5.0％；下游面主拉应力高应力区主要分布于坝体拱冠梁两侧，最大值为-3.12MPa，小于该部位拉应力控制标准-3.3MPa；（6）“死水位+温降”下工况，上、下游面主压应力均小于相应部位压应力控制标准，满足设计要求；上游面主拉应力高应力区集中出现在顶拱拱冠梁附近，最大值为-6.12MPa，大于该部位应力控制标准-3.3MPa，高拉应力区面积较大；下游面主拉应力高应力区主要分布于高高程拱冠梁两侧，最大值为-3.84MPa，高拉应力区面积较小；（7）“死水位+温升”工况下，上、下游面主压应力均小于相应部位压应力控制标准，满足设计要求；上游面主拉应力高应力区集中出现在顶拱拱冠梁附近，最大值为-6.27MPa，大于该部位应力控制标准-3.3MPa，高拉应力区面积较大；下游面主拉应力高应力区主要分布于高高程拱冠梁两侧，最大值为-3.21MPa，高拉应力区面积较小；综上所述，静动叠加的最大主压应力由“正常蓄水位+温升”工况控制，主压应力均满足应力控制标准，具有较大安全裕度。坝体拉应力最大值由运行“死水位+温升”工况控制，最大值为-6.27MPa，大于该部位应力控制标准-3.3MPa，高拉应力区面积较大。在线弹性坝体应力分析中，未考虑坝体在地震作用下的开裂，事实上，高拉应力会导致坝体横缝的局部张开，从而使该部位拉应力降低，同时，考虑地基辐射阻尼和坝体材料非线性的影响，也会导致该部位的拉应力大幅度降低。从拱梁分载法计算结果来看，坝体主压应力不是控制因素，小面积的高拉应力会因上述种种因素大幅度降低也不构成拱坝的限制因素。上游拱向动应力上游梁向动应力下游拱向动应力下游梁向动应力图4-3-37上游静动主压应力上游静动主拉应力下游静动主压应力下游静动主拉应力图4-3-38上游拱向动应力上游梁向动应力下游拱向动应力下游梁向动应力图4-3-39上游静动主压应力上游静动主拉应力下游静动主压应力下游静动主拉应力图4-3-40上游拱向动应力上游梁向动应力下游拱向动应力下游梁向动应力图4-3-41上游静动主压应力上游静动主拉应力下游静动主压应力下游静动主拉应力图4-3-42上游拱向动应力上游梁向动应力下游拱向动应力下游梁向动应力图4-3-43上游静动主压应力上游静动主拉应力下游静动主压应力下游静动主拉应力图4-3-444.4坝肩稳定分析对招标方案拱坝进行坝肩一陡一缓和两陡一缓形式的大块体、阶梯状滑动块体的稳定计算分析，并确定控制性滑动块体，比较一陡一缓滑块和两陡一缓滑块的抗滑稳定安全系数，确定控制性滑动模式。坝肩推力采用基本组合Ⅰ工况下的计算成果。4.4.1一陡一缓块体稳定分析（1）左岸一陡一缓块体稳定分析=1\*GB3①左岸滑动块体侧滑面采用可研阶段搜寻得出的最危险陡面N20oW/SW∠70o，底滑面采用坝肩主要层间层内错动带。侧滑面均通过坝基顶拱上游拱端点，底滑面所在的层间层内错动带及其产状见表4-4-1，左岸一陡一缓代表块体平面图见图4-4-1。招标方案左岸一陡一缓块体底滑面产状及位置表4-4-1滑块编号块体组合各组合面产状底滑面侧滑面1C3N30oW/NE∠5oN20oW/SW∠70o2C4N30oW/NE∠5o35层内总体N25oW/NE∠5o4Lc5-34N70oW/NE∠10o56层内总体N30oW/NE∠9o6Lc6-14N40oW/NE∠20o7C7N30oW/NE∠5o8C8N30oW/NE∠5o98层内总体N30oW/NE∠8o10Lc8-40N30oW/NE∠12o11C9N30oW/NE∠5o图4-4-=2\*GB3②左岸滑块结构面力学参数招标方案拱坝左岸各大块体结构面力学参数见表4-4-2。招标方案拱坝左岸大块体结构面力学参数表4-4-2滑块编号大块体位置侧滑面底滑面纯摩剪摩纯摩剪摩ff’c’(MPa)ff’c’(MPa)1C30.8451.1491.6570.4200.5000.1702C40.8361.1401.6090.4700.5500.25035层内总体0.8281.1331.5640.3700.4330.0864Lc5-340.8671.1751.7610.3700.4330.08556层内总体0.8311.1391.5610.3560.4170.0786Lc6-140.8551.1641.6880.3550.4140.0767C70.8371.1481.5780.4700.5500.2508C80.8191.1271.4840.3000.3500.05098层内总体0.8361.1461.5720.3280.3820.06210Lc8-400.8401.1501.5860.3440.3950.06711C90.8131.1231.4320.3000.3500.050=3\*GB3③滑块渗压计算根据坝基渗流场初步成果及有关工程实测资料分析表明，绕坝渗流作用范围约为2～3倍坝基宽度。因此，在计算中考虑渗径长度的影响拟定渗压分布。滑动块体边界面的上游侧渗压取全水头，下游侧渗压取零（当出露点高于下游尾水位时），在上、下游之间的渗压假定为线性变化，由此所确定的作用于结构面上的总渗透压力μ0，称为最大渗透压力。根据拱坝设计规范，考虑帷幕及排水作用的影响，作用于滑动块体上的扬压力折减系数采用以下两种渗压工况：考虑帷幕排水部分失效时，扬压力折减系数α1＝0.6，α2＝0.3；帷幕排水正常工作时，扬压力折减系数α1＝0.4，α2＝0.2。在以下各块体计算中渗压折减系数均采用以上系数。=4\*GB3④稳定分析计算成果招标方案拱坝左岸各大块体稳定分析计算成果见表4-4-3。招标方案拱坝左岸大块体安全系数计算结果表4-4-3滑块编号大块体位置纯摩剪摩帷幕排水部分失效帷幕排水正常帷幕排水部分失效帷幕排水正常1C31.451.503.803.862C41.551.614.134.2035层内总体1.391.443.923.994Lc5-341.691.744.774.8556层内总体1.551.604.774.836Lc6-141.982.045.845.917C71.861.916.266.338C82.052.117.737.8098层内总体1.831.886.476.5410Lc8-401.911.966.506.5711C92.432.489.649.71计算成果表明：a.无论是帷幕、排水正常工作工况，还是帷幕、排水部分失效工况，招标方案拱坝左岸各大块体纯摩安全系数均大于1.3，剪摩安全系数均大于3.5，满足设计控制标准。b.各块体的纯、剪稳定安全系数均随滑块底滑面高程的降低而逐渐减小。c.左岸一陡一缓各块体中，以C3为底滑面的滑块纯摩和剪摩安全系数均最小，控制性滑块为以C3为底滑面的滑块。（2）右岸一陡一缓块体稳定分析=1\*GB3①滑动块体侧滑面采用可研阶段搜寻出的最危险陡面N80oE/NW∠85o，底滑面采用坝肩主要层间层内错动带。侧滑面均通过坝基顶拱上游拱端点，底滑面所在层间层内错动带及其产状见表4-4-4，右岸一陡一缓代表块体平面图见图4-4-2。招标方案右岸一陡一缓块体底滑面产状及位置表4-4-4滑块编号块体组合各组合面产状底滑面侧滑面1C3N22oE/SE∠4oN80oE/NW∠85o2C4N22oE/SE∠4o3C7N22oE