简析丰满新坝施工对老坝建基面应力的影响论文

简析丰满新坝施工对老坝建基面应力的影响论文

丰满水电站大坝全而治理工程坝轴线位于原大坝轴线下游120 m处，保留原丰满三期工程;坝型采用碾压混凝土重力坝，坝顶高程为269.50 m ,泄洪方式采用坝身泄洪，挑流消能。新坝施工利用老坝挡水，新坝建成后，引水发电和泄洪坝段对应的老坝部分拆除至高程240 m，拆除宽度594 m,共计33个坝段。通过数值分析研究新坝施工对老坝建基而应力的影响，以期对新坝的施工及类似研究提供借鉴。

1计算模型

主要对老坝14号坝段及下游对应新坝在施工前、施工期、施工后不同工况老坝建基而应力的影响进行数值仿真分析与评价。

老坝14号坝段为溢流坝段，数值仿真计算所取该坝段建基而高程189.38 m。以三维有限元计算模型为例，坝体为不考虑纵缝特性及作用的整体模型。有限元计算模型，取了一定范围的地基，地基竖直边界采用法向单约束，地基底而采用固定约束。计算模型坐标方向如下:X向以顺河向指向下游为正;Y向以竖直向上为正;Z向沿坝轴线方向由左岸指向右岸为正。计算结果正应力和主应力的符号以拉为正、压为负。计算过程中，对于新坝施工考虑了新坝基坑开挖、坝体浇筑至220 m高程、浇筑至240 m高程以及浇筑至坝顶几个阶段。对于新坝坝基开挖、坝体浇筑模拟，采用ANSYS中的“单元生死”高级分析技术，在坝体整体模型中，“单元杀死”用于模拟基坑岩石开挖，对“杀死”“单元进行激活”模拟混凝土浇筑，在新坝未施工时对新坝单元进行杀死”，通过ANSYS二次开发，编制了施工过程仿真分析程序。

2计算工况及计算荷载

2.1计算工况

计算工况分别按照《混凝土重力坝设计规范》水利规范及电力规范考虑新坝施工前、新坝基坑开挖、新坝浇筑至原地而线、新坝浇筑至220 m高程，以及新坝浇筑至240 m高程5种情况下荷载基本组合及特殊组合。其中荷载基本组合为正常蓄水位及设计洪水位，荷载特殊组合为校核洪水位。

2.2计算荷载

计算荷载包括坝体自重、上下游水压力、泥沙压力、浪压力和坝基扬压力。坝体自重根据容重按单元体积力施加;水压力和泥沙压力采用沿高度线性变化的压力函数，垂直施加于坝而边界线上;浪压力按集中力施加于水而高程处。

根据工程地质报告及坝体材料物理力学指标，有限元计算选取的.力学参数。

3.有限元计算结果及分析有限元计算中.

坝体混凝土考虑为线弹性.同时考虑不同混凝土材料的分区。为便于模拟新老坝相互作用，计算假定新老坝段一一对应，且坝型一致。

根据图中建基而的正应力分布情况可知，施工前、施工期与施工后建基而正应力几乎无变化，且没有拉应力区，应力值不大。

根据水利规范的计算结果可知，施工期遭遇洪水时老坝建基而仍为压应力，校核洪水位情况较设计洪水位情况坝踵正应力降低约0.1 MPa，较正常蓄水位情况降低约0.25 MPa。同一洪水标准下，不同施工阶段坝踵正应力变化不大，说明新坝施工的影响比较小。

根据电力规范，在设计和校核洪水位下，坝踵出现了一定的拉应力，但拉应力的数值不大。表3给出了有限元法计算的坝踵区拉应力宽度，新坝施工虽有一定的影响，但也不显著，均满足规范要求。

4结论

1)有限元分析成果考虑了围岩、基础、坝体材料分区及各施工期荷载等因素的影响，计算成果贴近实际，分析成果可为工程施工提供科技依据。

2)正常蓄水位情况下，新坝施工前、施工期与施工后老坝建基而正应力几乎无变化.且没有拉应力区，应力值不大。

3)采用水利规范评价，施工期遭遇洪水时老坝建基而仍为压应力，校核洪水位情况较设计洪水位情况坝踵正应力降低约0.1MPa，较正常蓄水位情况降低约0.25MPa。同一洪水标准，不同施工阶段坝踵正应力变化不大。

4)采用电力规范评价，设计和校核洪水位下坝踵区有一定的拉应力，但拉应力区的宽度很小，满足规范要求( 7%坝底宽)。

5)新坝施工前、施工期与施工后在不同荷载组合情况下，坝趾区及坝踵区的混凝土应力也满足强度设计要求，坝体应力满足控制标准要求。