寶泉抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形分析

［摘要］寶泉抽水蓄能電站上水庫主壩為瀝青混凝土面板堆石壩，壩址地質(zhì)條件復(fù)雜。本文通過對該壩進(jìn)行二維有限元計算，分析了壩體和面板的應(yīng)力變形特性，重點是面板反弧段的變形，并提出了改善面板變形相應(yīng)的工程措施。

［關(guān)鍵詞］瀝青混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形分析有限元寶泉抽水蓄能電站上水庫

1 前言

寶泉抽水蓄能電站位于河南省新鄉(xiāng)市輝縣薄壁鎮(zhèn)大王廟以上2.4km的峪河上，總裝機(jī)容量為1200MW。電站樞紐由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和地面開關(guān)站等建筑物組成。

上水庫主壩為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程791.90m，最大壩高94.8m，壩頂長度600.37m，壩頂寬度10.0m。正常蓄水位為789.60m。上游瀝青混凝土面板坡比為1∶1.7，厚20.20cm，面板下部設(shè)墊層和過渡層。壩體主堆石區(qū)采用開挖灰?guī)r填筑，次堆石區(qū)為庫盆開挖石料。主堆在壩軸線處以1∶0.2的邊坡與次堆相接。壩基設(shè)有4.00m厚的排水帶。壩下游坡比為1∶1.5。庫盆采用粘土鋪蓋全面防滲，典型斷面見下圖。

根據(jù)已經(jīng)揭示的地質(zhì)情況看，寶泉上水庫主壩壩基覆蓋層厚度不一，最深處可達(dá)26m，以第四系坡積、沖～洪積物為主。尤其是壩體左岸覆蓋層存在古沖溝和溝間洼地，內(nèi)部充填洪積、崩積和坡積堆積層，間雜土質(zhì)透鏡體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含泥量較大，變形模量較低，可能對壩體尤其是面板的安全產(chǎn)生不利的影響。覆蓋層全部挖除成本太高，因此考慮將部分覆蓋層保留；另外，為優(yōu)化壩體材料，覆蓋層上面的庫底填渣采用庫岸開挖石料，壩體次堆石采用庫盆開挖石料逐層填筑。

本文通過二維有限元計算，模擬壩體的施工過程和蓄水過程，研究堆石體及瀝青混凝土面板的力學(xué)特性，以分析減少覆蓋層開挖量和優(yōu)化壩體分區(qū)材料等對壩體尤其是對防滲面板變形的影響，進(jìn)行安全評價。

2 計算模型及參數(shù)

2.1 計算模型

在本次計算中，瀝青混凝土面板采用線彈性模型，壩基覆蓋層料和各種壩體堆石料均采用鄧肯－張E－B非線性彈性模型來描述。在線彈性模型中，只需兩個材料常數(shù)即可描述其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：彈性模量E和泊松比v。

鄧肯張E－B非線性彈性模型采用切線彈性模量Et和體積模量B來描述土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。確定Et和B的主要公式中主要涉及以下參數(shù)：強(qiáng)度指標(biāo)和φ，彈性模量數(shù)K，彈性模量指數(shù)n，破壞比Rf，體積模量數(shù)Kb，體積模量指數(shù)m，卸荷彈性模量數(shù)Kur。

2.2 計算參數(shù)

各種材料本構(gòu)模型的計算參數(shù)見表1所示。其中，主堆料、次堆料、覆蓋層料、墊層料、過渡料和排水層料六種壩料的本構(gòu)模型計算參數(shù)根據(jù)大型三軸試驗結(jié)果確定；上游黏土鋪蓋、堆渣和碾壓堆渣參照工程經(jīng)驗確定；瀝青混凝土面板采用線彈性模型描述，其計算參數(shù)也參照工程經(jīng)驗確定。

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