简论ADAO软件在拱坝除险加固中的应用

江映祥

(福建江隆水利水电工程有限公司，福建 龙岩 366400)

0 引 言

拱坝体形加固方案设计是拱坝除险加固工程中的关键问题之一。开展拱坝体形优化设计方法的研究，对提高拱坝的安全度和降低造价、提高拱坝设计水平具有重要意义。

目前，我国绝大部分水库已经运行了几十年，大都面临着除险加固的问题，尤其是一些小型水库，始建于50、60年代或者是70、80年代，由于当时特定的历史环境，工程基本都是边施工边设计，且由于运行年代久远，绝大多数水库的基础资料都不齐全或者是缺失。这给水库除险加固整治带来了不少的困难。一些小型拱坝存在没有设计资料，坝体体形根据工程经验现场确定，导致很多拱坝体形不合理或者存在不同危险程度的安全隐患。

目前，用于拱坝应力分析计算的方法主要有：拱梁分载法和有限元法。有限元法可以更好的在计算中模拟各种复杂的材料结构和荷载条件，但是其复杂的建模和深度的计算分析在一些大型工程应用广泛，对于资料不齐全小型拱坝体形加固方案设计，使用多为不便。文章简要论述在ADAO软件平台上使用拱梁分载法对拱坝体形加固方案进行优化设计。

ADAO软件系统是拱坝应力分析ADCAS和拱坝优化ADOPT的集成系统，即可用于拱坝应力分析，也可用于拱坝优化设计，以及计算机辅助下的手工体形调整，已用于许多拱坝工程的设计中，有助于提高设计进度和设计质量，具有显著的社会、经济效益、95年被列入国家级科技成果重点推广软件，98年荣获国家科技进步奖。软件由拱梁分载法的基本原理编制而成，集中三向调整法、四向调整法、五向调整法及全调整法于一体，在拱坝应力分析中能更灵活的使用[1-2]。

1 工程概况

以龙山水库大坝除险加固设计方案为案例，简论ADAO软件在拱坝除险加固设计中坝体应力分析和坝体体形加固方案设计中的应用。

龙山水库位于龙岩市长汀县龙山自然村，水库于1976年10月动工，1979年11月竣工。水库是一座以灌溉为主兼有防洪功能的小(2)型水库工程。根据现场实测及地勘资料，大坝为浆砌石单曲拱坝，坝体为M7.5浆砌块石砌筑，坝顶高程381.30m，最大坝高17.32m，坝顶宽0.95m，坝顶弧长50.39m，坝底底宽1.2m，宽高比2.91，厚高比0.07。根据地勘报告，河床段坝基为弱风化中上部；左岸地段坝基上部为强风化中下部；右岸坝基为弱风化中下部。

2 计算参数确定

2.1 水位

上游库水位为正常蓄水位379.6m，下游水位为365.91m。

上游库水位为设计洪水位380.94m，下游水位为367.11m。

上游库水位为校核洪水位381.35m，下游水位为367.51m。

死水位367.57m，淤沙高程366.5m。

2.2 物理参数

坝体弹摸：7.0Gpa；

坝体泊松比：0.29；

坝体容重：2.3t/m3；

坝基弹摸：12Gpa；

坝基容重：2.5t/m3；

泊松比：0.25；

淤砂浮容重：0.9t/m3；

淤砂内摩擦角： 18 °。

2.3 热学参数

坝体线胀系数：0.8×10-5℃；

多年平均气温18.9℃；

七月平均气温27.3℃；

一月平均气温8.8℃。

3 分析计算

3.1 坝体应力计算

3.1.1 荷载组合

工况1：正常水位及相应的尾水位+设计正常温降+自重+泥沙压力。

工况2：正常水位及相应的尾水位+设计正常温升+自重+泥沙压力。

工况3：校核水位及相应的尾水位+设计正常温升+自重+泥沙压力。

3.1.2 应力分析

采用拱梁分载法把拱坝从坝顶381.30m高程向下分为8层拱圈和17根悬臂梁(图1)。计算软件采用浙江大学水工结构研究所编制的拱坝分析与优化软件系统ADAO。

图1 拱梁划分

4 加固整治方案分析

4.1 加固整治方案设计

坝体坝形过薄导致坝体应力大于规范值，针对该问题，分别列出了3中不同的坝体厚度进行比较选择：

方案1：在坝体下游对坝体整体进行加厚处理，新老坝体间采用锚筋相连，坝顶加宽0.25m，从坝顶往下按1∶0.1放坡至坝脚，加厚后坝顶宽度为1.2m，坝底宽2.932m。方案1坝体体形参数见表2。

表2 方案1坝体体形参数

方案2：在坝体下游对坝体整体进行加厚处理，新老坝体间采用锚筋相连，坝顶加宽0.55m，从坝顶往下按1∶0.1放坡至坝脚，加厚后坝顶宽度为1.5m，坝底宽3.232m。方案2坝体体形参数见表3。

表3 方案2坝体体形参数

方案3：在坝体下游对坝体整体进行加厚处理，新老坝体间采用锚筋相连，坝顶加宽1.05 m，从坝顶往下按1∶0.1放坡至坝脚，加厚后坝顶宽度为2m，坝底宽3.732。方案3坝体体形参数见表4。

表4 方案3坝体体形参数

续表4 方案3坝体体形参数

4.2 方案分析计算

坝体加固整治设计后，坝体材料没有改变，外在环境因素也未发生变化，唯一变量为坝体体形参数变化，因此，加固方案坝体应力分析参数与原相同，计算工况及方法也与原相同，各方案应力分析成果见表5-7。

表5 方案1应力分析成果表

表6 方案2应力分析成果表

表7 方案3应力分析成果表

从计算成果可以看出，方案1坝体仍存在拉应力大于规范值，不符合要求，方案2、方案3均满足规范要求，但从经济角度考虑，方案3所需厚度更大，投资比方案2更高，因此，综合考虑，推荐采用方案2对坝体进行加固设计。

5 结 语

结合拱坝体形的设计特点，在单一因素变化的条件下，通过ADAO软件的分析计算，可以快速的得出相应的成果，在保证坝体安全的前提下，合理的选用最为经济节约的坝体体形设计方案，对提高拱坝的安全度和降低造价具有重要意义。