水电站浆砌石主坝三维有限元分析

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编辑:杭州那泰科技
欧田水电站位于肇庆市北部山区,水电站是一个发电、灌溉、排涝的综合水利工程,总库容181万m3,有效库容130万m3,校核水位227.88m,设计水位227.27m,正常水位225m,死水位200m。主坝为砌石重力坝,坝高48m,(坝底高程182m,坝顶高程230m,防浪墙高1.2m),坝长88.8m,坝顶宽度5m。典型的浆砌石坝体断面尺寸。
圣维南原理指出,为了消除坝基和山体边界条件对整个坝体受力产生影响,应当尽可能扩大计算范围。本次大坝有限元分析计算模型取长130m,约坝底部长度的3倍,高132m,约为坝高2.5倍。本次的计算过程中坐标系选用笛卡尔直角坐标系,坐标轴分别为X,Y,Z,坐标原点O的位置在整个模型坝基的最底点,也就是坝基上游面左岸部位。顺水流方向定义为X轴,正方向指向下游;沿坝轴方向定义为Y轴,正方向从左岸指向右岸;竖直方向定义为Z轴,正向朝上。
由于缺乏资料,对于坝体、基岩及廊道衬砌参考材料的常用参数进行拟定,参数取值(见表1)。
主要荷载包括:自重,扬压力,静水压力等。计算工况包括:
(1)正常蓄水位225m,下游水位183m;
(2)设计水位上游227.4m,下游水位183m;
(3)校核水位上游228m,下游水位183m。
为了能更真实有效地模拟面砌石坝应力应变的情况,同时考虑到对坝体内廊道衬砌进行比较精确的计算,本次划分网格采用了较特别的方法,划分出了三维网格数据。本次共划分28139单元,30021节点。在坝身、和坝基交接部位网格剖分比较精细,在廊道附近网格划分密集。在坝基下部剖分比较粗。在本次分析共选用三种岩土层,分别为坝身浆砌石、混凝土防渗材料和基岩,采用弹性模型,主要选用四面体和六面体单元。
本次浆砌石坝有限元模型中,上游断面和下游断面只定义水平约束(X=0),坝基底面的约束定义在竖向(Z=0),模型两侧的约束定义为水平约束(Y=0),约束节点总数3526个,其它的结构面定义为自由边界,水库大坝三维网格(见图2)。