柏葉口水庫面板堆石壩變形數值分析

薛志平 ，孫一清 ，張 震

（1.山西省柏葉口水庫建設管理局，山西 呂梁 033000；2.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098）

0 引言

柏葉口水庫位于山西省呂梁市交城縣會立鄉文峪河干流上，控制流域面積 875 km2。壩址區河谷底寬約為 120 m，河谷形狀呈 U 形，主要建筑物為面板堆石壩，壩軸線走向為 N 63.23°E。壩頂高程為1 138.30 m，最大壩高為 88.30 m，是山西省最高的大壩，其安全對于呂梁市和汾河中下游的防洪安全具有十分重要的意義。

現場檢查發現大壩壩頂及上游面板存在多條裂縫，由于該壩施工速度比較快，前期監測系統不夠完備，更新后的監測系統運行時間不長，監測資料匱乏。為清楚地分析大壩變形規律，全面地分析快速施工對大壩安全的影響，有必要通過數值手段全面了解大壩各種不利工況下的變形情況[1-4]。為此結合柏葉口水庫大壩實際工程資料，仿真模擬大壩堆石料的填筑、混凝土面板澆筑及蓄水過程，建立考慮具體施工過程分級加載的大壩三維有限元分析模型，運用 COMSOL Multiphysics 數值分析軟件獲取壩體在竣工期、正常蓄水位、設計及校核洪水位工況下的變形特性。

1 有限元分析模型

1.1 建模過程分析

要建立有限元分析模型，先要在 Auto CAD 中建立準確的混凝土面板堆石壩幾何模型。運用 Auto CAD 繪圖軟件繪制大壩三維幾何模型，坐標系的選取如下：X 軸沿壩軸線指向右岸方向為正，零點取在壩軸線左岸處；Y 軸指向水流方向為正，零點取在壩橫右 0 + 000.00 m 斷面處；Z 軸垂直指向上方為正，與高程一致。為提高計算結果的準確性，計算模型在 X，Y，Z 各軸的邊界范圍如下：在豎直方向上，底部邊界為 Z = 913.5 m 的截面；……