嚴(yán)寒地區(qū)某拱壩地基綜合變形模量分析

宋健 王佩玨

1 工程概況

新疆某高拱壩為拋物線雙曲拱壩，最大壩高167.5 m。壩址區(qū)為橫向谷，河道曲折，總體上呈NE方向，河谷為“V”形。壩址河床高程為735.2～739.7 m，谷底寬度25～30 m。兩岸坡度多大于65°，部分為陡壁，岸高一般為200～240 m，最高可達(dá)300 m。壩區(qū)范圍內(nèi)出露的地層主要為石炭系灰?guī)r。此外，在石炭系地層見多條淺色巖脈發(fā)育。兩岸拱座巖體質(zhì)量相近，拱肩槽上游邊坡為逆向坡，下游邊坡為順向破，受層面、層間剪切帶、斷層等影響，穩(wěn)定性差，兩岸低拱圈位置分布有jef4斷層及巖脈，寬度較大，抗變形指標(biāo)低。由于地基的不均勻性和各向異性，進(jìn)行拱梁分載法壩體應(yīng)力分析時(shí)，很難直接給出壩基巖體的變形模量值。為此，在拱壩的拱梁分載法應(yīng)力分析中，采用平面有限元法計(jì)算地基的“綜合變形模量”，沿拱向模擬實(shí)際地形、巖性分區(qū)和節(jié)理構(gòu)造，各類巖體采用不同的巖體變形模量值，模擬實(shí)際地形地質(zhì)條件，計(jì)算得出壩基綜合變形模量。

2 壩基綜合變形模量計(jì)算原理

截取計(jì)算高程拱向平切面如圖1所示。在壩基作用單位強(qiáng)度（法向、切向、彎矩）荷載進(jìn)行平面有限元計(jì)算，如圖1中（a）、（b）、（c）所示。

圖1 壩基計(jì)算斷面圖

在基礎(chǔ)變模均勻的前提下，假設(shè)變模為E1，相應(yīng)的變位為U1；變模為E2，相應(yīng)的變位為U2。按變位等效原理，則有：E1×U1=E2×U2。根據(jù)這一原理，首先在計(jì)算高程拱向平切面施加單位強(qiáng)度的法向荷載，如圖1（a）所示。按實(shí)際地質(zhì)條件求出單位荷載作用下的位移曲線ψ及平均位移U。假設(shè)考慮實(shí)際地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)變模為E″，相應(yīng)變位為U″；……