巖寨水電站拱壩壩基彈模敏度法分析

雷贊舟

巖寨水電站拱壩壩基彈模敏度法分析

雷贊舟

（福建江隆水利水電工程有限公司，福建龍巖364000）

巖寨水電站地處貴州省臺江縣境內巴拉河上，主要建筑物有攔河壩、發電輸水隧洞、發電廠房及升壓開關站等，電站裝機容量為2×12.5 MW。文章介紹了巖寨水電站的基本情況，研究了敏度法在拱壩壩基彈模原始數據不準確或發生變化時最優解的穩定性，分析了敏度法在拱壩壩基彈模確定中的應用的效果。

水電站；優化；拱壩體形；拋物線型拱圈；壩基彈模；敏感度

1 工程概述

巖寨水電站處于貴州省黔東南苗族侗族自治州臺江縣境內巴拉河上，距臺江縣城44 km，距州政府所在地凱里市100 km，工程任務為水力發電，主要建筑物有攔河壩、發電輸水隧洞、發電廠房及升壓開關站等。電站裝機容量為2×12.5 MW，多年平均發電量10 001萬kW·h。

攔河壩位于巖寨村上游約800m峽谷處，壩址以上集水面積1 007.4 km2，多年平均流量24.5m3／s；正常蓄水位613 m，相應庫容8 227萬m3；死水位590 m，相應庫容1 935萬m3；設計洪水（P＝1%）洪峰流量3 210 m3／s，設計洪水位613.26 m；校核洪水（P＝1%）洪峰流量5 528m3／s，校核洪水位616.94m；死庫容1 935萬m3，興利庫容8 227萬m3，調節庫容6 293萬m3，總庫容9 979萬m3。

水庫總庫容近1億m3，按大（2）型考慮，屬Ⅱ等工程，攔河壩為2級建筑物，攔河壩設計洪水標準為100 a一遇，校核洪水標準為1 000 a一遇。

壩址處河床狹窄，谷底寬為40～50 m，呈V型，兩岸山體較為雄厚，基巖基本裸露，經壩型比較，選定C20混凝土拱壩，采用拱壩分析與優化程序系統進行體形優化，選定拋物線線型拱壩。大壩壩頂高程617 m，壩底高程547 m，最大壩高70 m。壩底厚12.7 m，壩頂厚3.38 m，厚高比0.181。壩頂中心線弧長216.3 m，弧高比3.09。拱壩最大中心角為93.88°，最小中心角60°。采用壩頂淺孔溢洪道，溢流凈寬50 m，堰頂高程605.5 m，WES曲線堰，壩頂設5扇11.4×7 m弧型鋼閘門，采用兩套QHLY—2× 500—5.1—1型液壓啟閉機操作（互備用）。采用挑流消能，鼻坎頂高程599.5 m。反弧半徑7 m，挑射角15°。最大挑距51.3 m，最大沖刷坑深16.8 m。

2 壩體布置與形體設計

2.1 基本資料

壩址開挖根據初設地質資料可利用基巖線及壩肩穩定要求進行。

溢流方式采用淺孔泄洪。

正常高水位613 m，溢流堰頂605.5 m，校核洪水位616.94 m，設計洪水位613.26 m，死水位590 m。

下游水位：設計工況564.8 m，校核工況567.7 m。

淤沙高程576.08 m，淤沙浮容重10 kN／m3，內摩擦角12°。

筑壩材料為C20混凝土。壩體材料彈模2.0× 104N／mm2，泊桑比0.167，容重24 kN／m3，線膨脹系數1×10-5／℃。導溫系數3m2／月。

基巖彈模根據初設地質報告為1.2～1.5×104N／mm2。

地震烈度為6°。

壩址處年平均氣溫＋日照＝17℃，年氣溫溫降變幅為10.5℃，年氣溫溫升變幅為10.5℃，庫水表面年平均水溫＋日照＝18℃，庫水表面年水溫溫降變幅為10℃，庫水表面年水溫溫升變幅為10℃，庫底水溫11℃。

封拱溫度：547～575 m；高程：12.5℃；575～617.0 m高程：13.5℃。

2.2 優化體形參數

采用浙江大學水工結構所“拱壩分析與優化程序系統”（ADAO：ADCAS＆ADOPT）作優化設計與計算（該程序于1998年榮獲國家科技進步三等獎，并被國家科技部批準為國家級科技成果重點推廣計劃項目）。體型采用拋物線型拱圈，其中心線的參數方程為：

左岸部分：X＝Ra1·tgΦ，Z＝Zu＋Ta1／2＋Ra1／2·tg2Φ

右岸部分：X＝Rar·tgΦ，Z＝Zu＋Tar／2＋Rar／2 ·tg2Φ

式中：Φ為拱圈中心線指定點的半中心角，左岸為“負”，右岸為“正”。

拱圈厚度方程為：

式中：Tc為拱冠厚度；Ta為拱端厚度。

采用方案壩體體形參數見表1。

表1 拋物線型拱壩優化體形參數表

附表 參數及曲線方程列表

附表中的q系相對高度，即q＝Y／H，Y為計算點壩高，H為總壩高。

2.3 拱壩壩基彈模確定

根據基本資料，壩基基巖彈模為1.2—1.5×104N／mm2，為此，分別取1.2、1.35、1.5×104N／mm2共3個彈模進行敏度分析，不同彈模的壩體應力分析結果見表2。

表2 不同彈模的壩體最大主拉（壓）應力表

表2中工況見2.4節。

從表2可知，隨著彈模取值的減少，壩體應力亦隨之減少，反之增大，但增大的幅度不大。根據壩址的巖性判斷，其彈模宜取下限值。本次應力分析采用均值，取1.35×104N／mm2。

2.4 應力計算成果

計算工況：

工況Ⅰ：正常蓄水位＋泥沙壓力＋自重＋溫降

工況Ⅰ—1：死水位＋泥沙壓力＋自重＋溫升

工況Ⅰ—2：死水位＋泥沙壓力＋自重＋溫降

工況Ⅱ：校核洪水位＋泥沙壓力＋自重＋溫升

四種控制工況下的壩體應力計算成果見表3，壩體位移成果見表4。從表中可見壩體的應力應變滿足規范要求。

壩體柔度系數19.69。

封拱初始狀態的上游壩面最大主拉應力0.09 MPa，最大主壓應力2.48 MPa，下游壩面最大主拉應力0.42 MPa，最大主壓應力1.12 MPa，見表3。

表3 四種控制工況下的壩體主應力最大值計算成果表

表3中：R—拱。C—梁，以拱冠梁為基準，向左岸數的梁為-1、-2、……，向右岸數的梁為1、2……。

表4 四種控制工況下的壩體位移最大值計算成果表

表4中：徑向位移向下游為“＋”，向上游為“-”；

切向位移向右游為“＋”，向左游為“-”；

豎向位移向下為“＋”，向上為“-”。

3 結 語

壩基彈模的取值問題是大壩設計的一項重要基礎工作。由于壩基地質條件的復雜性，根據現有地質調查和少數現場彈模試驗給出的壩基彈模取值，往往包含著相當大的不確定性，很難充分反映壩基的整體綜合應力應變特性，且壩基彈模等物理力學性能參數的選取與實際情況的偏差，以及其它因素的影響，造成拱壩的應力應變性態的設計計算結果與原型觀測資料有較大差距［2］。

文章根據優化理論中的敏度法，研究了拱壩壩基彈模原始數據不準確或發生變化時最優解的穩定性。經在巖寨拱壩壩基彈模確定中的應用，取得了較滿意的成果，為該拱壩的安全穩定分析提供了科學依據。

［1］牟春來，劉嫦娥，劉小江，程淑艷.水電站廠房建基面大規模破碎帶地基處理實踐［J］.人民長江，2014（05）：57-59.

［2］徐衛亞，孟國濤，江濤，楊清.高壩壩基擠壓蝕變破碎帶處理措施三維數值分析［J］.水利學報，2007（03）：312-318.

Arch Dam Foundation Elastic Modulus Sensitivity Analysis of Yanzhai Power Station LEI Zan-zhou

（Jianglong Water Conservancy＆Hydropower Engineering Ltd.，
Fujian Province，Longyan 364000，China）

Yanzhai power station is located in the Bala river within Taijiang County in Guizhou Province，the major structures include dam，generation conveyance tunnel，power plant and hoist station etc.，and the storage capacity is2×12.5 MW.The basic state about Yanzhai power station is introduced in the paper，researching the optimal stability of the sensitivity method when incorrect or changed of original data about the arch dam foundation elastic modulus，and analyzing the effect of applying the sensitivity method to determine the arch dam foundation elastic modulus.

power station；optimization；shape in arch dam；parabolic arch ring；dam foundation elastic modulus；sensitivity

TV223

A

1007-7596（2015）07-0020-03

2015-06-28

雷贊舟（1975-），男，浙江麗水人，工程師，從事水利水電水工設計。