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(tái)江縣境內(nèi)巴拉河上，主要建筑物有攔河壩、發(fā)電輸水隧洞、發(fā)電廠房及升壓開關(guān)站等，電站裝機(jī)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(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或發(fā)生變化時(shí)最優(yōu)解的穩(wěn)定性，分析了敏度法在拱壩壩基彈模確定中的應(yīng)用的效果。

水電站；優(yōu)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(tái)江縣境內(nèi)巴拉河上，距臺(tái)江縣城44 km，距州政府所在地凱里市100 km，工程任務(wù)為水力發(fā)電，主要建筑物有攔河壩、發(fā)電輸水隧洞、發(fā)電廠房及升壓開關(guān)站等。電站裝機(jī)容量為2×12.5 MW，多年平均發(fā)電量10 001萬(wàn)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(yīng)庫(kù)容8 227萬(wàn)m3；死水位590 m，相應(yīng)庫(kù)容1 935萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水（P＝1%）洪峰流量3 210 m3／s，設(shè)計(jì)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(kù)容1 935萬(wàn)m3，興利庫(kù)容8 227萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容6 293萬(wàn)m3，總庫(kù)容9 979萬(wàn)m3。

水庫(kù)總庫(kù)容近1億m3，按大（2）型考慮，屬Ⅱ等工程，攔河壩為2級(jí)建筑物，攔河壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)壩型比較，選定C20混凝土拱壩，采用拱壩分析與優(yōu)化程序系統(tǒng)進(jìn)行體形優(yōu)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(zhǎng)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(shè)5扇11.4×7 m弧型鋼閘門，采用兩套QHLY—2× 500—5.1—1型液壓?jiǎn)㈤]機(jī)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(shè)計(jì)

2.1 基本資料

壩址開挖根據(jù)初設(shè)地質(zhì)資料可利用基巖線及壩肩穩(wěn)定要求進(jìn)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(shè)計(jì)洪水位613.26 m，死水位590 m。

下游水位：設(shè)計(jì)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(nèi)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(shù)1×10-5／℃。導(dǎo)溫系數(shù)3m2／月。

基巖彈模根據(jù)初設(shè)地質(zhì)報(bào)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(kù)水表面年平均水溫＋日照＝18℃，庫(kù)水表面年水溫溫降變幅為10℃，庫(kù)水表面年水溫溫升變幅為10℃，庫(kù)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(yōu)化體形參數(shù)

采用浙江大學(xué)水工結(jié)構(gòu)所“拱壩分析與優(yōu)化程序系統(tǒng)”（ADAO：ADCAS＆ADOPT）作優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算（該程序于1998年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，并被國(guó)家科技部批準(zhǔn)為國(guó)家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃項(xiàng)目）。體型采用拋物線型拱圈，其中心線的參數(shù)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(diǎn)的半中心角，左岸為“負(fù)”，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(shù)見表1。

表1 拋物線型拱壩優(yōu)化體形參數(shù)表

附表 參數(shù)及曲線方程列表

附表中的q系相對(duì)高度，即q＝Y(jié)／H，Y為計(jì)算點(diǎn)壩高，H為總壩高。

2.3 拱壩壩基彈模確定

根據(jù)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(gè)彈模進(jìn)行敏度分析，不同彈模的壩體應(yīng)力分析結(jié)果見表2。

表2 不同彈模的壩體最大主拉（壓）應(yīng)力表

表2中工況見2.4節(jié)。

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

2.4 應(yīng)力計(jì)算成果

計(jì)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(yīng)力計(jì)算成果見表3，壩體位移成果見表4。從表中可見壩體的應(yīng)力應(yīng)變滿足規(guī)范要求。

壩體柔度系數(shù)19.69。

封拱初始狀態(tài)的上游壩面最大主拉應(yīng)力0.09 MPa，最大主壓應(yīng)力2.48 MPa，下游壩面最大主拉應(yīng)力0.42 MPa，最大主壓應(yīng)力1.12 MPa，見表3。

表3 四種控制工況下的壩體主應(yīng)力最大值計(jì)算成果表

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

表4 四種控制工況下的壩體位移最大值計(jì)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(jié) 語(yǔ)

壩基彈模的取值問(wèn)題是大壩設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。由于壩基地質(zhì)條件的復(fù)雜性，根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)調(diào)查和少數(shù)現(xiàn)場(chǎng)彈模試驗(yàn)給出的壩基彈模取值，往往包含著相當(dāng)大的不確定性，很難充分反映壩基的整體綜合應(yīng)力應(yīng)變特性，且壩基彈模等物理力學(xué)性能參數(shù)的選取與實(shí)際情況的偏差，以及其它因素的影響，造成拱壩的應(yīng)力應(yīng)變性態(tài)的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與原型觀測(cè)資料有較大差距［2］。

文章根據(jù)優(yōu)化理論中的敏度法，研究了拱壩壩基彈模原始數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或發(fā)生變化時(shí)最優(yōu)解的穩(wěn)定性。經(jīng)在巖寨拱壩壩基彈模確定中的應(yīng)用，取得了較滿意的成果，為該拱壩的安全穩(wěn)定分析提供了科學(xué)依據(jù)。

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

［2］徐衛(wèi)亞，孟國(guó)濤，江濤，楊清.高壩壩基擠壓蝕變破碎帶處理措施三維數(shù)值分析［J］.水利學(xué)報(bào)，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(shè)計(jì)。