岩寨水电站拱坝坝基弹模敏度法分析

雷赞舟

岩寨水电站拱坝坝基弹模敏度法分析

雷赞舟

（福建江隆水利水电工程有限公司，福建龙岩364000）

岩寨水电站地处贵州省台江县境内巴拉河上，主要建筑物有拦河坝、发电输水隧洞、发电厂房及升压开关站等，电站装机容量为2×12.5 MW。文章介绍了岩寨水电站的基本情况，研究了敏度法在拱坝坝基弹模原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性，分析了敏度法在拱坝坝基弹模确定中的应用的效果。

水电站；优化；拱坝体形；抛物线型拱圈；坝基弹模；敏感度

1 工程概述

岩寨水电站处于贵州省黔东南苗族侗族自治州台江县境内巴拉河上，距台江县城44 km，距州政府所在地凯里市100 km，工程任务为水力发电，主要建筑物有拦河坝、发电输水隧洞、发电厂房及升压开关站等。电站装机容量为2×12.5 MW，多年平均发电量10 001万kW·h。

拦河坝位于岩寨村上游约800m峡谷处，坝址以上集水面积1 007.4 km2，多年平均流量24.5m3／s；正常蓄水位613 m，相应库容8 227万m3；死水位590 m，相应库容1 935万m3；设计洪水（P＝1%）洪峰流量3 210 m3／s，设计洪水位613.26 m；校核洪水（P＝1%）洪峰流量5 528m3／s，校核洪水位616.94m；死库容1 935万m3，兴利库容8 227万m3，调节库容6 293万m3，总库容9 979万m3。

水库总库容近1亿m3，按大（2）型考虑，属Ⅱ等工程，拦河坝为2级建筑物，拦河坝设计洪水标准为100 a一遇，校核洪水标准为1 000 a一遇。

坝址处河床狭窄，谷底宽为40～50 m，呈V型，两岸山体较为雄厚，基岩基本裸露，经坝型比较，选定C20混凝土拱坝，采用拱坝分析与优化程序系统进行体形优化，选定抛物线线型拱坝。大坝坝顶高程617 m，坝底高程547 m，最大坝高70 m。坝底厚12.7 m，坝顶厚3.38 m，厚高比0.181。坝顶中心线弧长216.3 m，弧高比3.09。拱坝最大中心角为93.88°，最小中心角60°。采用坝顶浅孔溢洪道，溢流净宽50 m，堰顶高程605.5 m，WES曲线堰，坝顶设5扇11.4×7 m弧型钢闸门，采用两套QHLY—2× 500—5.1—1型液压启闭机操作（互备用）。采用挑流消能，鼻坎顶高程599.5 m。反弧半径7 m，挑射角15°。最大挑距51.3 m，最大冲刷坑深16.8 m。

2 坝体布置与形体设计

2.1 基本资料

坝址开挖根据初设地质资料可利用基岩线及坝肩稳定要求进行。

溢流方式采用浅孔泄洪。

正常高水位613 m，溢流堰顶605.5 m，校核洪水位616.94 m，设计洪水位613.26 m，死水位590 m。

下游水位：设计工况564.8 m，校核工况567.7 m。

淤沙高程576.08 m，淤沙浮容重10 kN／m3，内摩擦角12°。

筑坝材料为C20混凝土。坝体材料弹模2.0× 104N／mm2，泊桑比0.167，容重24 kN／m3，线膨胀系数1×10-5／℃。导温系数3m2／月。

基岩弹模根据初设地质报告为1.2～1.5×104N／mm2。

地震烈度为6°。

坝址处年平均气温＋日照＝17℃，年气温温降变幅为10.5℃，年气温温升变幅为10.5℃，库水表面年平均水温＋日照＝18℃，库水表面年水温温降变幅为10℃，库水表面年水温温升变幅为10℃，库底水温11℃。

封拱温度：547～575 m；高程：12.5℃；575～617.0 m高程：13.5℃。

2.2 优化体形参数

采用浙江大学水工结构所“拱坝分析与优化程序系统”（ADAO：ADCAS＆ADOPT）作优化设计与计算（该程序于1998年荣获国家科技进步三等奖，并被国家科技部批准为国家级科技成果重点推广计划项目）。体型采用抛物线型拱圈，其中心线的参数方程为：

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为拱圈中心线指定点的半中心角，左岸为“负”，右岸为“正”。

拱圈厚度方程为：

式中：Tc为拱冠厚度；Ta为拱端厚度。

采用方案坝体体形参数见表1。

表1 抛物线型拱坝优化体形参数表

附表 参数及曲线方程列表

附表中的q系相对高度，即q＝Y／H，Y为计算点坝高，H为总坝高。

2.3 拱坝坝基弹模确定

根据基本资料，坝基基岩弹模为1.2—1.5×104N／mm2，为此，分别取1.2、1.35、1.5×104N／mm2共3个弹模进行敏度分析，不同弹模的坝体应力分析结果见表2。

表2 不同弹模的坝体最大主拉（压）应力表

表2中工况见2.4节。

从表2可知，随着弹模取值的减少，坝体应力亦随之减少，反之增大，但增大的幅度不大。根据坝址的岩性判断，其弹模宜取下限值。本次应力分析采用均值，取1.35×104N／mm2。

2.4 应力计算成果

计算工况：

工况Ⅰ：正常蓄水位＋泥沙压力＋自重＋温降

工况Ⅰ—1：死水位＋泥沙压力＋自重＋温升

工况Ⅰ—2：死水位＋泥沙压力＋自重＋温降

工况Ⅱ：校核洪水位＋泥沙压力＋自重＋温升

四种控制工况下的坝体应力计算成果见表3，坝体位移成果见表4。从表中可见坝体的应力应变满足规范要求。

坝体柔度系数19.69。

封拱初始状态的上游坝面最大主拉应力0.09 MPa，最大主压应力2.48 MPa，下游坝面最大主拉应力0.42 MPa，最大主压应力1.12 MPa，见表3。

表3 四种控制工况下的坝体主应力最大值计算成果表

表3中：R—拱。C—梁，以拱冠梁为基准，向左岸数的梁为-1、-2、……，向右岸数的梁为1、2……。

表4 四种控制工况下的坝体位移最大值计算成果表

表4中：径向位移向下游为“＋”，向上游为“-”；

切向位移向右游为“＋”，向左游为“-”；

竖向位移向下为“＋”，向上为“-”。

3 结 语

坝基弹模的取值问题是大坝设计的一项重要基础工作。由于坝基地质条件的复杂性，根据现有地质调查和少数现场弹模试验给出的坝基弹模取值，往往包含着相当大的不确定性，很难充分反映坝基的整体综合应力应变特性，且坝基弹模等物理力学性能参数的选取与实际情况的偏差，以及其它因素的影响，造成拱坝的应力应变性态的设计计算结果与原型观测资料有较大差距［2］。

文章根据优化理论中的敏度法，研究了拱坝坝基弹模原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性。经在岩寨拱坝坝基弹模确定中的应用，取得了较满意的成果，为该拱坝的安全稳定分析提供了科学依据。

［1］牟春来，刘嫦娥，刘小江，程淑艳.水电站厂房建基面大规模破碎带地基处理实践［J］.人民长江，2014（05）：57-59.

［2］徐卫亚，孟国涛，江涛，杨清.高坝坝基挤压蚀变破碎带处理措施三维数值分析［J］.水利学报，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

雷赞舟（1975-），男，浙江丽水人，工程师，从事水利水电水工设计。