寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)瀝青混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形分析

［摘要］寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)主壩為瀝青混凝土面板堆石壩，壩址地質(zhì)條件復(fù)雜。本文通過(guò)對(duì)該壩進(jìn)行二維有限元計(jì)算，分析了壩體和面板的應(yīng)力變形特性，重點(diǎn)是面板反弧段的變形，并提出了改善面板變形相應(yīng)的工程措施。

［關(guān)鍵詞］瀝青混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形分析有限元寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)

1 前言

寶泉抽水蓄能電站位于河南省新鄉(xiāng)市輝縣薄壁鎮(zhèn)大王廟以上2.4km的峪河上，總裝機(jī)容量為1200MW。電站樞紐由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。

上水庫(kù)主壩為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程791.90m，最大壩高94.8m，壩頂長(zhǎng)度600.37m，壩頂寬度10.0m。正常蓄水位為789.60m。上游瀝青混凝土面板坡比為1∶1.7，厚20.20cm，面板下部設(shè)墊層和過(guò)渡層。壩體主堆石區(qū)采用開(kāi)挖灰?guī)r填筑，次堆石區(qū)為庫(kù)盆開(kāi)挖石料。主堆在壩軸線處以1∶0.2的邊坡與次堆相接。壩基設(shè)有4.00m厚的排水帶。壩下游坡比為1∶1.5。庫(kù)盆采用粘土鋪蓋全面防滲，典型斷面見(jiàn)下圖。

根據(jù)已經(jīng)揭示的地質(zhì)情況看，寶泉上水庫(kù)主壩壩基覆蓋層厚度不一，最深處可達(dá)26m，以第四系坡積、沖～洪積物為主。尤其是壩體左岸覆蓋層存在古沖溝和溝間洼地，內(nèi)部充填洪積、崩積和坡積堆積層，間雜土質(zhì)透鏡體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含泥量較大，變形模量較低，可能對(duì)壩體尤其是面板的安全產(chǎn)生不利的影響。覆蓋層全部挖除成本太高，因此考慮將部分覆蓋層保留；另外，為優(yōu)化壩體材料，覆蓋層上面的庫(kù)底填渣采用庫(kù)岸開(kāi)挖石料，壩體次堆石采用庫(kù)盆開(kāi)挖石料逐層填筑。

本文通過(guò)二維有限元計(jì)算，模擬壩體的施工過(guò)程和蓄水過(guò)程，研究堆石體及瀝青混凝土面板的力學(xué)特性，以分析減少覆蓋層開(kāi)挖量和優(yōu)化壩體分區(qū)材料等對(duì)壩體尤其是對(duì)防滲面板變形的影響，進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

2 計(jì)算模型及參數(shù)

2.1 計(jì)算模型

在本次計(jì)算中，瀝青混凝土面板采用線彈性模型，壩基覆蓋層料和各種壩體堆石料均采用鄧肯－張E－B非線性彈性模型來(lái)描述。在線彈性模型中，只需兩個(gè)材料常數(shù)即可描述其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：彈性模量E和泊松比v。

鄧肯張E－B非線性彈性模型采用切線彈性模量Et和體積模量B來(lái)描述土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。確定Et和B的主要公式中主要涉及以下參數(shù)：強(qiáng)度指標(biāo)和φ，彈性模量數(shù)K，彈性模量指數(shù)n，破壞比Rf，體積模量數(shù)Kb，體積模量指數(shù)m，卸荷彈性模量數(shù)Kur。

2.2 計(jì)算參數(shù)

各種材料本構(gòu)模型的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1所示。其中，主堆料、次堆料、覆蓋層料、墊層料、過(guò)渡料和排水層料六種壩料的本構(gòu)模型計(jì)算參數(shù)根據(jù)大型三軸試驗(yàn)結(jié)果確定；上游黏土鋪蓋、堆渣和碾壓堆渣參照工程經(jīng)驗(yàn)確定；瀝青混凝土面板采用線彈性模型描述，其計(jì)算參數(shù)也參照工程經(jīng)驗(yàn)確定。

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