納子峽面板砂礫石壩應(yīng)力變形三維有限元分析

張健梁，沈振中，趙 斌，顧罡宇

（1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；2.甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000）

混凝土面板堆石壩較傳統(tǒng)土石壩壩型具有安全性好、工程量小、施工方便、工期短、造價(jià)低、導(dǎo)流簡(jiǎn)化、能夠有效降低工程造價(jià)和縮短工程建設(shè)周期等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，但是面板堆石壩屬于經(jīng)驗(yàn)壩型，其壩體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，堆石體應(yīng)力變形和由其控制的接縫變形大小是分析評(píng)價(jià)防滲止水系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵[4,5]。因此，進(jìn)行面板堆石壩的三維非線性有限元法計(jì)算分析[6,7]，預(yù)估壩體的變形分布、面板的應(yīng)力和變形以及周邊縫和垂直縫的張開(kāi)量和壓縮量等對(duì)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要意義。本文采用三維非線性有限元法建立納子峽水電站面板砂礫石壩的三維有限元分析模型[8-10]，對(duì)大壩填筑和水庫(kù)蓄水過(guò)程進(jìn)行仿真，分析大壩在施工期和蓄水期的變形和應(yīng)力特性，面板應(yīng)力變形及周邊縫的變位特性，以論證壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性及合理性。

1 工程概況

納子峽水電站位于青海省大通河上游末段，是以發(fā)電為主的大 （2）型樞紐工程，電站裝機(jī)容量87 MW。水庫(kù)正常蓄水位3 201.50 m，校核洪水位3 202.38 m，水庫(kù)總庫(kù)容7.33億m3。面板壩最大壩高121.5 m，河床平趾板建基面高程3 083.10 m，防浪墻頂高程3 205.80 m，壩頂寬度10 m，上游壩坡1∶1.55， 下游壩坡 1∶1.5。

2 有限元模型

壩體材料 （墊層、砂礫料3B1、砂礫料3B2和下游堆石等）和地基覆蓋層按非線性材料考慮，均采用鄧肯-張 （E-B）模型 ；混凝土 （防浪墻、面板、趾板等）和基巖按線彈線性材料考慮，采用線彈性模型；……