導流底孔結構受力分析與壩上游面拉應力控制措施

程 宵,蘇 凱,伍鶴皋

(武漢大學水資源和水電工程科學國家重點實驗室,湖北 武漢 430072)

底孔導流是水利水電工程建設中常見的導流形式之一[1-2]。該導流方式要求混凝土建筑物在施工過程中允許過流,采用底孔與缺口泄流的導流方式較為經濟合理[3]。但這種導流方式亦存在一定的缺陷,其一是底孔封堵困難,其二是底孔開孔率大,且存在底孔、各種高程缺口雙重過水及后期高水頭度汛等復雜過水情況,泄洪量大,流速大,運行工況復雜[4],因此底孔的設計必須保證其在施工期、正常運行期、后期度汛及封堵期的結構安全可靠。筆者以某水電站導流底孔邊孔壩段為例,利用大型有限元軟件建立三維有限元數值模型,對導流底孔壩段結構應力分布和壩上游面的拉應力分布情況進行分析,針對大壩上游面產生較大范圍的橫河向拉應力這一現象展開研究,并在此基礎上提出了減小混凝土壩上游面拉應力的方法,可為相關工程導流底孔的設計提供參考。

1 工程概況與計算模型

1.1 工程概況

某工程在左岸布置 4個8.00m×12.50m(寬×高)的導流底孔,底孔斷面采用有倒角的矩形,導流底孔底板高程為188.00m,底孔長73m。導流底孔進水口采用整體澆筑,與孔身段(壩內)之間進行分縫施工,分縫位置如圖1所示。

1.2 計算模型

本文以左岸導流底孔邊孔壩段為研究對象,建立有限元計算模型,如圖2所示。結合大量經驗和計算結果分析,基巖深度(y方向)取為60m(1倍壩高);上下游方向(z方向)基巖各按壩體底部寬度的1倍考慮,取為59.15m。……