某水電站引水系統(暗河)堵頭結構與穩定分析

姜賀男 王樹東

吉林省農安縣水利勘測設計中心

某水電站引水系統(暗河)堵頭結構與穩定分析

姜賀男 王樹東

吉林省農安縣水利勘測設計中心

應用有限元分析軟件ABAQUS對某水電站暗河堵頭進行模擬和計算分析，結果表明，10m長度堵頭部分可以滿足初期封堵需要，16m長度可以滿足后期暗河蓄水和封堵需要，分段封堵分期擋水方案是可行的。

暗河；堵頭；有限單元法；安全系數

1 概況

某水電站工程規模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級，是從暗河中引水發電，堵頭位于暗河出口處上游約500m處，堵頭的級別為4級永久建筑物。

為了研究堵頭的應力分布和穩定性，本文應用有限元分析軟件ABAQUS對堵頭進行模擬和計算分析，本文僅以一期堵頭為例。

2 堵頭結構與計算參數

2.1 結構簡圖

結構簡圖見圖2—1堵頭平面圖、圖2—2堵頭斷面圖。

水流方向

圖2-1 堵頭平面圖

圖2-2 堵頭斷面圖

2.3 計算參數

堵頭段圍巖巖性為灰巖，類別為Ⅱ類，屬中等堅硬巖石，巖石強度較高，

①巖石

密度ρ=25kN/m3

彈性模量E=2.0×104MPa

泊松比v= 0.32

②堵頭混凝土

密度ρ=25 kN/m3

彈性模量 E=2.55×104MPa

泊松比v= 0.167

③巖石與堵頭混凝土交界面

抗剪斷摩擦系數 f′ =1.10

抗剪斷凝聚力 c′=1.10MPa

3 計算模型及建模

運用ABAQUS軟件開展本項目工作。所采用的硬件設備及其配置如下：

HP ZX6000工作站，計算用：64位模式Itanium 1.3GHz雙CPU，12GB ECC內存，146GB SCSI硬盤，19’純平面顯示器，64 MB顯示內存。

3.1 建模依據

根據地形、地質資料(參考設計方案)確定建模范圍。以堵頭為中心，分別向上下游、左右側及高程上下方向選取分析域的范圍，使分析域為一個250m×250m×250m的實體。

坐標系以堵頭軸線方向，即上下游為z軸，堵頭左右側方向為x軸，高程方向為y軸，為右手坐標系。

按照堵頭設計方案，此次計算復核按2期分步開挖模擬及分次澆筑模擬堵頭的施工。同時不考慮新老混凝土的結合問題。

由于地下暗河河道形成歷史悠久，圍巖已經穩定，開挖至堵頭形成間隔較長，且開挖的圍巖體積很小，對初始地應力場影響很小，因此也不考慮初始地應力場的作用。

3.2 建模成果

有限元建模用8節點六面體單元將計算模型離散化，單元總數為26159，節點總數為28144。

底面的位移邊界條件為全約束，頂面未施加位移邊界條件，四個側面的位移邊界條件均為法向約束。

4 計算結果

4.1.1 計算應力。一期堵頭長度為10m，施加該期堵頭的重力荷載和94.6m水頭的水壓荷載，堵頭前水位為1031.00m。堵頭的拉應力最大約為0.13MPa，最小拉應力為0.15KPa。堵頭底面壓應力約在76KPa～0.14MPa，頂面拉應力約為73KPa～ 0.13MPa。堵頭左右側面上的剪應力約在11KPa～82KPa。

4.1.2 計算抗滑穩定系數。根據有限元計算結果，可得接觸面上的徑向壓應力乘上相應的接觸面積，并沿接觸面積分即得總法向力，然后根據抗剪斷計算理論，就可計算得到堵頭長度10m和上游水位為1031m時的堵頭穩定安全系數。

水的壓力F壓按下式計算

式中：P頂和P底分別作用在堵頭體迎水面上的壓力的最小和最大值，AP為堵頭迎水面的面積。

堵頭的抗滑力F抗按下式計算

堵頭的抗滑安全系數為

堵頭抗滑穩定安全系數的計算如下：

當堵頭長度10m、上游水位分別為1031m (水頭94.6m)，時的堵頭抗滑穩定安全系數。

由(1)、(2)兩式分別求出

水的壓力F壓=1.05×108N

抗滑力 F抗=3.76×108N

抗滑安全系數為

5 計算結果分析

5.1 堵頭穩定性分析

根據《混凝土拱壩設計規范》(SL282-2003)，3級建筑物抗滑穩定安全系數在基本荷載組合時應不小于最小安全系數3.0，在特殊荷載給合時應不小于最小安全系數2.5。本堵頭為4級建筑物，可參照執行。

堵頭一期滑動安全系數3.59，大于3.0，可以滿足穩定性要求。

5.2 堵頭最大拉壓應力分析

根據《混凝土拱壩設計規范》(SL282-2003)，3級建筑物容許壓應力等于混凝土的極限抗壓強度除以安全系數，基體荷載組合時安全系數采用3.5；特殊荷載組合時安全系數采用3.0，本堵頭為4級建筑物，可參照執行，堵頭計算的最大壓應力為0.14MPa，小于混凝土的容許壓應力。

6 結語

計算分析表明，堵頭迎水面附近均出現較大的應力，堵頭與圍巖接觸面是堵頭的潛在滑動面，堵頭施工時對這些接觸面進行鑿毛處理和適當布置插筋是必要的，而且必須做好固結灌漿和接縫灌漿。

[1]水利部長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院.《混凝土重力壩設計規范》(SL319-2005)[ S].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]上海勘測設計研究院，長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院，等.《 混凝土拱壩設計規范》( SL282--2003)[ S].北京：中國水利水電出版社，2003.

[3]《水工隧洞設計規范》 DL/T5195-2004 中華人民共和國電力行業標準

[4]《水工隧洞設計規范》(水利部SL279—2002)

上接(第6 3頁)出有預算;三是辦理日常收支和資金撥付業務，要嚴格按照預算和項目計劃進度執行，并根據預算執行的實際情況，及時調整支出明細預算。對確需調整總體收支預算規模的，應按規定報批。

3.善會計管理制度建設

首先，除了不斷完善《事業單位會計制度》及相關會計規定，提高其科學性、實用性外，要注意完善相配套的法律規定建設，健全的監督會計制度能夠使事業單位監管部門有法可依，能夠依據相關規定對會計核算不規范的問題予以監督和懲處，提高了會計核算不規范和違規操作的成本。其次，要完善事業單位的內部控制制度，要根據事業單位的工作范圍、工作性質和任務特點，建立起一整套的事業單位財務管理內部控制系統，從建設內控組織、完善內部牽制著手建設事業單位內部控制框架，包括：內部稽核制度、內部牽制、授權審批制度、責任中心劃分等基礎性工作。三是要堅持收支兩條線，要繼續深化以國庫集中支付、政府集中采購為主要內容的公共財政制度改革，認真搞好“收支兩條線”制度的貫徹落實，規范行政事業單位的相關財務行為。

4.強財務監管

根據事業單位的工作范圍、工作性質和任務特點，建立起一整套的事業單位財務管理內部控制系統。從組織和制度上對事業單位的財務實行內部控制。同時還要規范事業單位財務會計的運作程序、科學合理地設計業務流程，明確各個崗位和控制點監督控制的主要內容等。各事業單位應建立起全方位、全過程的財務監控體系，要將財務管理完全融入業務流程管理，優化改造業務流程管理系統，使之與會計管理信息系統實行全面、動態對接，業務的各個環節的相關信息都要傳送到財務管理子系統中，從而實現財務管理全過程跟蹤管理，并借助于計算機系統實現自動控制功能，將大量的人力從瑣碎的體力事務中解脫出來，重點關注例外事件的處理和管理系統的更新改造。同時，各單位應規范財務工作流程，全面落實收支兩條線管理，按照各項法律法規及財政系統的相關要求，結合本單位實際情況，建立健全各種財務與會計管理制度，包括會計人員崗位責任制度、賬務處理程序制度、內部牽制制度、內部稽核制度、原始記錄管理制度，財務收支審批制度和財務會計分析制度等。實現不相容職務的分離，推行規范的分級授權審批體系，同時實施相應的內部稽核機制和監督檢查機制，將實施過程存在的問題反映出來，并及時加以解決。另外，各單位應嚴格遵守收支兩條線的管理規定，維護財經法紀，保護國有資產和財政資金的高效運行。一是加強對事業單位的日常收支業務進行重點調查；每季度有內部審計，三方審計，進行核查，年末決算，需填列收支明細表等。二是將事業單位預算執行情況與任期領導的離任專項審計相結合，提高任職領導對會計核算和財務狀況的重視程度；三是貫徹執行財務狀況公開制度，實施財務民主監督、大眾監督的方式提高事業單位的會計核算水平。

結語：

我國事業單位處在深化改革的關鍵時期，結合事業單位的特殊性探討完善事業單位的會計核算措施有著重要的現實意義，盡管目前事業單位的會計核算工作普遍存在著上述甚至更嚴重的問題，只要不斷完善會計管理制度、加強財務監督、不斷提高財務人員素質和職業道德水平，才能真正發揮會計核算的作用，促進事業單位既快又好的發展。

參考文獻：

[1]寧松.淺談會計集中核算下學校財務管理.中國集體經濟.2013(12).

[2]杜華.事業單位會計核算問題及對策.財會通訊.2014(12上).