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天生桥一级电站面板堆石坝稳定性分析(1)_工程力学专业毕业论文

发布时间:2015-01-06 来源:人大经济论坛
天生桥一级电站面板堆石坝稳定性分析(1)_工程力学专业毕业论文 摘要:用线弹性有限元方法,对天生桥一级电站混凝土面板堆石坝进行了位移场分析,并对大坝位移场分布规律及特点作了讨论,其结论可供大坝运行期间的观测点设置参考。 关键词:天生桥电站 面板堆石坝 有限元方法 位移场 稳定性 1 问题的提出 混凝土面板堆石坝是19世纪末20世纪初发展起来的一种筑坝技术,我国从20世纪80年代开始先后修建柯柯亚、关门山、西北口、株树桥等面板堆石坝。天生桥一级电站面板堆石坝位居世界同类坝型高度第二,面板面积及堆石量属世界第一,它的兴建,使我国堆石坝的建设水平达到世界先进水平。 堆石坝技术是在不断总结工程实践经验的基础上发展起来的,它是一门实验性技术。迄今为止,世界上目前还没有公认的设计理论,几乎所有的堆石坝设计,都是参照已建工程的经验,结合坝址区的地形、地质等实际条件而确定。在世界大多数国家中,土石坝的建设一直居于首位。据20世纪80年代国际大坝会议统计,截止1986年底,全世界共建大坝36235座,其中土石坝29974座,占82.7%.土石坝具有适应条件广、就地取材、经济效益好、施工导流问题容易解决及抗震性好等特点,从而得以迅速发展。但由于土石坝的施工技术及施工质量难以保证,其事故发生率(溃坝和损坏)最高。根据水利部工程管理局截止1980年底的统计资料,我国大、中、小型水库溃坝3976起,平均溃坝率为3.4%.若按坝型分,溃坝总数中土石坝最多,为2925起,其中堆石坝17起。天生桥一级电站大坝是我国自行设计和施工的世界第二高堆石坝,为确保其安全运行,有必要对其稳定性进行定量分析计算。 2 工程概况及地质环境 2.1 工程概述 天生桥一级电站堆石坝高程178m,名列世界第二,而坝顶长度、坝体填筑方量和混凝土面板的面积皆居世界第一,是世界级的工程。电站以发电为主,水库正常蓄水位为780m高程,死水位为731m高程,总库容为102.57×108m3,装机容量为1200mw,保证出力为405.2mw,多年平均发电量为5226gw·h. 2.2 地质环境 坝址河谷为纵向谷,岩层产状为n50-70°e/nw∠35-50°,从右岸至左岸岩层由老至新。右岸垭口附近为二叠系巨厚层块状灰岩,上覆三叠系下统厚层泥质条带灰岩;右岸坝基为三叠系中统新苑组薄层及中厚层灰岩与泥岩互层;左岸为三叠系下统边阳组厚层砂泥岩互层;河床分布有冲积层,其厚度0.68-25.61m,在冲积层下部的近基岩面处有粘土和淤泥质粘土层分布,厚度0.15-13.32m. 工程区地震基本烈度为2度。 3 分析模型 3.1 力学模型 本文用有限元法对坝体进行稳定性分析,它能模拟堆石坝逐级加荷的施工过程,且适应于较复杂的边界条件。天生桥一级电站坝顶长1104m,坝底厚502m,于坝轴线中部取一截面(单位厚度)建立计算力学模型。力学模型采用三角形单元,将坝体划分成331个单元,195个节点;上游面板受静水压力作用,坝顶及下游坝坡为自由边界,大坝基础(基岩)为零位移边界。力学模型如图1所示。 图1 大坝分析力学模型 3.2 数学模型 (1)位移模式 选择线性位移模式: (2)单元刚度矩阵 式中:[d]—弹性矩阵; [b]—应变矩阵。 (3)整体刚度矩阵 4 大坝填筑材料及其物理力学参数 4.1 填筑材料 按填筑料不同,天生桥一级电站堆石坝分为四个区,分别填筑ⅲa料、ⅲb料、ⅲc料、ⅲd料。ⅲa、ⅲb料取自溢洪道或补充石料场开挖的弱风化至新鲜灰岩;ⅲc料取自导流洞、厂房、放空洞、溢洪道引渠前段和泄洪槽后段开挖的砂泥岩、薄层、中厚层灰岩、泥灰岩及粉砂岩;ⅲd料为溢洪道或补充石料场开挖的弱风化至新鲜灰岩。
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