1主要工程問題及研究對策xx水電站位于四川省xx境內，是xx四級開發利用中最上游一級。電站裝機容量4．8萬kW，年發電量2．06億kW&midd0t;h，水庫總庫容8．3億m3，可對天然來流量作多年調節。主要水工建筑物由混凝土擋墻堆石壩、溢洪道、有壓引水系統及電站廠房組成。溢洪道位于堆石壩左端條形山脊天然埡口，總寬112．0m，設計最大泄洪能力49l0．0m3／s，從溢流壩至挑水坎總長358．0m，其中，首段為重力式混凝土溢流壩，共分5個壩段，壩段長22．0-23．0m，閘墩寬4．0m，在閘墩中心線分沉陷縫，建基面高程從1號至5號壩段為326．5—318．0m，溢流堰頂高程340．0m，壩頂高程350．0m，最大壩高32，0m，溢流壩上設置7．0m×18．0m(高×寬)弧形閘門5孔。中段為泄水陡槽，長322．5m，平均坡降4．95％，末端為混凝土低鼻坎矩形差動式挑水坎。xx水電站于l957年3月全部建成，至今已安全運行41年。在多年運行期間，水庫最低蓄水位325．09m，較死水位低3．14m，最高運行水位347．58m，較正常高水位高0．85m，溢洪道實際下泄最大流量1750m3／s，僅達設計泄洪能力的35．6％，溢洪道各建筑物還未經受設計最大泄流量考驗，同時，經過多年蓄水運行，溢洪道相繼出現一些影響安全運行的工程問題，主要包括：(1)溢流壩上游鋪蓋被淘空。原設計溢流壩上游鋪蓋為1：4坡度的粘土鋪蓋，表面再鋪塊石保護，施工時作了修改，鋪蓋粘土只回填至330．0m高程，330．0m高程以上改用廢渣回填，經過多次泄洪，下泄水流將回填廢渣及330．0m高程以下的粘土大量帶走，鋪蓋大部分已失去保護，溢流壩前沿基礎已經暴露在外，致使滲徑縮短，增加了帳幕前壩基滲透壓力，并可能拉裂帳幕，影響溢流壩體的整體安全。(2)溢流壩穩定安全參數偏低。由于溢流壩基礎大部分位于薄層砂巖上，砂巖厚度一般為3．0—4．0m，以下為砂質粘土與砂巖互層，巖性變化大，節理裂隙發育，問有風化破碎帶，在砂質粘土巖中分布有埋深較淺，產狀近于水平且連通性較好的G4、G5軟弱夾層，其中建基面以下8．0m的G5夾層分布于整個溢流壩基。原設計根據竣工資料，對1號一5號壩段在校核洪水條件下的穩定性進行復核，1號一3號壩段抗滑穩定安全參數Kc為1．0—1．08，4號壩段為0．91，5號壩段為0．94，由此可見4號、5號壩段的Kc值不能滿足現行規范要求。為客觀評價4號、5號壩段的穩定安全性，設計上建議在穩定分析中考慮尾部巖體的抗剪作用，這種計入尾部巖體抗力的分析方法是合理的，但對4號、5號壩段穩定安全參數量值上的變化設計上未作詳細說明。(3)溢流壩普遍出現貫穿性裂縫。據xx溢洪道運行總結報告介紹，溢流壩體出現的貫穿性裂縫可分為三類：第一類是遺留的施工冷縫；第二類是由于混凝土澆筑過程中未采取嚴格溫控措施和拆模過早等因素形成的，先期(末蓄水發電前)裂縫；第三類則是在多年運行期間，由于壩面溫度隨外界氣溫變化所產生并逐步演變形成的。上述三類貫穿性裂縫的形成原因，以及對壩體安全性的影響程度，是工程上所關心的問題。針對xx電站溢洪道所存在的上述三個主要問題，結合溢洪道多年的運行與安全監測資料，以及1990年xx水電站大壩安全定檢時所修定的最新地質水文成果，運用三維彈塑性有限方法，以上游鋪蓋、溢流壩及下游護坦和壩基巖體作為計算整體，對溢流壩體的變位與應力特征，以及上述(1)、(2)因素對壩體穩定性的影響進行定量分析評價，給出xx電站溢流壩現今與進行工程處理后所具有的整體安全儲備，同時，還對溢流壩出現貫穿性裂縫的原因及其影響作了初步分析。2有限元數學模型及計算方法2．1有限元計算范圍及結構離散選取最大壩高，抗滑穩定安全參數最低的4號壩段作為分析對象，并沿上下游及壩基方向延伸一定范圍構成三維計算域，其中：垂直水流方向(Y向)：溢流壩1+81．3l—溢流壩l+103．31m；平行水流方向(X向)：0-30．00-0+80．00m：垂直方向(Z向)：建基面以下32．0m至壩頂，絕對高程290.0—350．0m，相對高差60．0m。該區域包括4號壩段左右閘墩，溢流壩體、上游前坦30．0m與下游護坦50．0m，以及壩基以下薄層砂巖、砂質粘土巖互層與軟弱破碎帶G5。根據溢流壩受力特點及壩基地層分布界面，對計算域進行剖分，其中壩體和護坦混凝土結構，以及壩基巖體采用空間8節點等參元模擬，G5軟弱夾層以8節點夾層單元模擬，為反映壩體與壩基巖體接觸面相對剪切變形，該接觸面用接觸界面單元模擬。2．2材料物理力學參數殿參考原設偵計采用材料物賓理力學參數，筍并結秘合糟199狂0促年動xx港水電站溢洪道石壩基巖石力學祥試驗成果，本鞋次有限元分析飾計算選用材料序參數見巨表跌l卻。予表置1耗盜材料物理力學悉參數表牛材料名稱軌密度媽抗壓強度身抗拉強度巷抗剪斷強度除抗剪強度祖變形模量職f'窯c'脂f厚c淚E倆μ售/t·m看-3椒／塔MPa籃／再MPa鄭／哲MPa惱／抓MPa期／癥GPa忙混凝土扯2.35酸11.0盜1.0摸1.05錘0.90鼠0.70量0.0往12.0陪0.18停砂巖亮2.40薪65.9角3.03梳1.34本0.70斬0.65姓0.0充8.0俱0.20洋砂質粘土巖逆2.52總22.8跟1.11么0.77繳0.50惕0.60損0.0童2.5角0.25循混凝土／砂巖鴨

泰

拜0.0住1.05杰0.9頌0.65霉0.0濱

情

壺G5積2.20幼0.0牌

露0.47串0.12等0.36藍0.0序0.2律0.35圣吉越2替．踢3涼劉荷載及其組合截本文有限束元分析考慮兩綠種荷載組合：援基本荷載組合牌：糊巖體自幫重狂+祖壩體自表重猶+爐正常水融載惠=流泥沙壓錘力谷+護揚壓力滾特殊荷載關組合：巖體自型重唐+填壩體自族重頃+聾校核水己載球+漫泥沙壓臣力倦+擊揚壓力陳其中水載符及泥沙壓力基震本參數為：暫水庫正常蓄水六位：宵34殲7刃．昂0m仇水庫校核洪水控位：奉34協9雹．船0m潛淤沙高程：霉34吉0擺．它0m咱泥沙密度：仇0紹．前5廟t拴／易m勺3鍬內摩擦角：銅θ泳。蚊工作橋每抓孔自旱重宗10賤1艷．濃0滲t瓜，交通橋每孔置自瞧重信1虛4跌．疫21刮t戀，閘門自淘重錢5伐0斑．慢5嗚t種，均以均布力變作用于左右閘變墩上，工作橋晨與交通橋面活謀荷重作為安全脈儲備，略去不臉計。據巖體自重癥在地質歷史時芹期已形成，是屑一種環境力場身，壩體自重在堆壩體完建后業琴已形成，是一街種初始力場，么有限元分析中勇只計入兩者形荒成的自重應力術。嚼考慮到溢段流壩上游鋪蓋旺已淘至壩基混論凝土齒墻，壩輪基灌漿帳幕前條滲透壓力友按洽1惰．賄0箏倍癢H欠計，帷幕線及躍排水孔線位置菠滲透壓力水頭杰折減系數按設瓦計規范取別為磨0靜．劃5折與維0槳．孤3猛，下游壩趾處荒滲透水頭參考婦揚壓力實測資脹料取釀為免0均．蹦2剪5舉倍別H粘。露睡抄2層．燕4陣科巖體強度及本脾構模型侍在外荷載罷組合作用下，胳溢流壩及壩基曲巖體應力集中志或材料強度較略低的部位首先釋出現開裂或塑鞏性破壞，由此廊將引起這些部忘位承載能力下植降，超過其承學載能力的部分規荷投載返(冷超余應李力斧)齊將轉移至附近創壩體或巖體單搏元，進而可能申引起附近單元袖破壞。因此，沫溢流壩及壩基但巖體的變位、萄應力及破壞是渣不斷調整最終繞趨于穩卷定浴(膚收員斂斑)擴的漸進過程，殘非線性彈塑性士有限元法能較州好地模擬分析哥這一客觀過程就。恢溢流壩混艘凝土及壩基巖云體材料開裂條役件用宏觀強度泥描述：章σ辟i尚i墊≥番Rt(輛i羅＝孝1阻，賞2更，壓3)(血2熔．震1)衣式燈中憶若σ披i梳i視噸代表應力特舌征點殿的擋3唯個主應力，以勸拉為正欺；召R戰t地表示混凝土或率巖體材料抗拉庫強度，分析中弊可能呈現單向半，雙向及三向背開裂情況，由軟程序自行校核銳并進行剛度修呀正。場壩體混凝霧土或巖體是否悉進入塑性狀態賞，敬按催Drucke扣r騎—將Parge磨r燥準則判別：考F諸＝仁α陰I1娛+倘√獻J2-k(勇2遭．恩2)贏式竄中桃I設1勻和拍J萌2還分別為應力張值量的第一不變庭量和應力偏張淺量的第二不變地量蟻；企α息、講k泄是與材料摩擦恥系悔數不t祥g喇φ裳和凝聚脈力助C也有關的常數。浴據關聯流業動法則導出材柔料的彈塑性本黨構陣：糖壩體建基精面及壩厚基團G而5寇軟弱錯動帶，投按層面法向不攔抗拉材料分析窩，其剪切滑移小按盜moh融r巴—音Coulom弓b厭條件復核。喂器幅2真．偉5扯竟壩基抗滑穩定帥安全系數計算情方法與采用整體體強度儲備安全誘系數表征壩基扯的抗滑穩定性陡，基本方法是保假定基本或特賴殊組合荷載不釋變，通過不斷疤下浮壩基與巖步體接觸面蒸，煙G餡5殿軟弱夾層及尾池部抗力漏體刃(牢砂驗巖盲)昏抗剪強度指標盆，分析強度參尼數下浮倍數與閃潛存滑移通道色中破壞面積之條間的演變關系舞，尋求壩基滑惡移面整體移滑豎時，相應去的短K甲c穩值即為整體抗欠滑穩定安全系糊數。度3緒電壩基抗滑穩定接安全度評價輕針對溢流喇壩上游鋪蓋被憤淘空條件，首戀先研究正常蓄喚水與校核洪水橫兩種工況，壩恨體沿建基面鍋與制G縮5瓶軟弱破碎帶兩狠種滑動面的抗練滑穩定伶性馬(月文昨中鞋G恩5繳滑動面包含壩腥基下近于水平室分布推的戀G涌5碌破碎帶及壩趾斯尾部砂巖抗剪釀斷抹段瞇)鬼，其成果見搏表怒2僵中方斜案限1袋-燒方既案栽8抗，在此基礎上飲，分析壩體前抽坦深槽回雙填處理后，以稱及壩基揚壓力貝兩種分布形式棵相應的壩體抗快滑穩定性，其蟻成果見傲表妻2埋方病案蜂9頸—宅方抖案姥l棄0則。侮表旁2節惠壩基抗滑穩定擁分析方案及成踐果表跟方案斑上游水位肌壩基揚壓力解前坦深槽窮尾部抗剪勢抗滑安全系數投滑移通道呈破裂面積比／車％祝1嗚347.0消分布恩①校存在克不計入身1值．切10拳壩基面丸79.2躺G5罩86.2識2茂347.0鍬分布緞①允存在悟不計入位1.20舞壩基面邀92.4現G5吹94.8贈3似347.0票分布靠①殲存在豐計入腔1鼠．閱10罪壩基面淚77.3杠G5油78.6野4墓347.0重分布后①集存在敬計入床1.20廢壩基面懼81.4嚷G5背86.7窗5爪349.5位分布稈①絞存在提不計入拔1.00趕壩基面歉82.7虜G5繼94.4該6龜349.5欣分布杯①縣存在虧不計入于1邪．耳10遙壩基面鳥84.8撓G5搶98.6歡7適349.5禮分布博①階存在午計入合1把．塌00選壩基面勤64.0盡G5涉67.5金8勢349.5絡分布計①愧存在識計入持1太．訂10數壩基面伐82.3項G5濟93.1凍9狂349.5嚼分布造①蓮不存在獸計入以1豈．啊10術壩基面蠢68.6撫G5使83.3漠10俗349.5吼分布榮②辜不存在蟻計入倦1原．闖10帽壩基面史62.4垮G5鳳75.5踐元表佛2猴中沿壩基面往或獨G構5綁軟弱破碎帶滑形移通道的破裂斤面積比是指滑澆移通道中產生磚破壞的面積與淚總面積之比，諒該參數可以定旨量評價壩體抗晌滑穩定安全系摩數的可靠程否度肺(落保證彼率糕)往。分析榨表獎2繪可以看出：朽矮①左響在不計滑移通葡道尾部巖體抗榆剪作用及正常火蓄水位條件下畝，壩體抗滑安絕全系首數制1步．斧2痛時，古沿促G膠5耕滑移通道的破你裂面積比窩達業9仗4驚．蹲8客％，已接近整摧體滑移極也限袋(增破裂面積式比事l0盤0因％恥)災。因此，在正懸常蓄水位及不秒計尾部抗剪作闖用條件下，壩味體的最大抗滑涉穩定安全系數萄為妄1贏．妙2貿0挨，考慮一定安庫全儲役備，若以沿滑大移通道破裂面脅積會比咸9工0藏％控改制建(速下艷同扇)有，壩基實際具餅有抗滑穩定安淘全系欄數費1渣．嗓10-傍1宵．斥1龍5傻。耽由方椅案心5真和方拾案避6大可看出，在校尚核洪水下，若篇不計入尾部巖雷體抗剪作用，蠟抗滑安全系數勸分別有為舌1諸．懇00勇筒和國1靜．異1殃0席時，壩體攀沿院G敞5昏滑移通道的破肆裂面積比均漢已源怒超跡過日9物0串％，表明壩體泛實際具有安全赴系數小月于動1冷．憤0鴿。浙鋸②撫到方煮案管3脊和方撲案宿4窩表明，計入滑丘移通道尾部巖性體抗剪作用，仰正常蓄水時抗條滑安全系曬數耐1房．劫2歐0揉時，享沿師G囑5疾滑移通道的破打裂面積比國僅錄8臉6弟．帳7極％，表明壩體敬的整體抗滑安哪全系數已達優到汽1仗．成2丑0卡。方饞案尾7倍和方謙案在8同表明，計入滑捷移通道尾部抗威剪作用，校核修洪水當抗治安新全系裕數膽1常．問1微0塌時，壩體漆沿顛G斬5油滑移通道的破絮裂面積比超寇過漆9掘0柴％，而安全系餐數束為令1徐．煮0秒時，破裂面積妨比僅鍛達膜6總7容．男5帥％，因此，校鮮核洪水時計入蹈尾部抗剪作用顯的壩基抗滑安歡全系數旬為朗1醒．緩0馳5門左右。申濫②姿晉考慮壩體前坦北深槽回填處理杰，方謊案北9移給出了不計水茅平防滲處理效爽果疾(忽壩基揚壓力較濃回填前不蛇變顆)擠，壩基抗滑安司全系數窗為風1袍．荷1踐0引時，收沿織G靜5華滑移通道的破隨裂面積比較方嫩案和8輔下降了選近東1姐0敏％校(段即安全度保證仙率提搶高皇l飽0萌％術)耀，方廣案牲1陪0剖表明計入水平瑞防滲效品果迷(芽壩在揚壓力減堂小多)脈，筍沿寧G卡5舟滑移通道的破盈裂面積比較方我案覽9爐又進一步降低沫，即安全度進梢一步提高。腿綜合方乞案扇9欠、方糕案欣1草0脫來看，對壩體永前坦深槽采用條回填并作粘土漏水平鋪蓋處理傅，校核洪水時孔計入尾部抗剪塔作用的壩基抗螞滑安全系數可乎達惱1乒．迷1壇0冬。塘灑④句稼從方阿案非l罷至方以案緒1禽0范中可看出，正援常蓄水位與校蘆核洪水兩種工童況，以及是否縫計入尾部抗剪題作用多種組合青條件下，富沿盞G侮5源滑移通道的破恒裂值面積比均大于國壩體建基面，起表明埋深較淺泡產狀近于水平描的芹G內5士軟弱破碎帶是擺壩基抗滑穩定掠的關鍵。易4怪安壩體裂縫形成腿原因淺析輩前面已提響及年xx紗水庫溢流壩存巾在的貫穿性裂掉縫可以分為三叫類，第一類是但壩體施工過程犧中遺留的冷縫穴，第二類是由茂于混凝土澆筑息過程未采取嚴贊格溫控措施等時因素形成的先屯期裂縫；第三賢類是壩面溫度扛隨外界氣溫變落化演變形成的惰裂縫。對于第塵一、二類裂縫支可采用灌環氧玉膠等工程措施秤一次性處理，件而第三類裂縫秤在水庫長期運佩行過程中，可鄭能重復出現，奸尤應引起重視晨。對第三類裂導縫產生的條件本，分別用三維怕有限元法和重紋力壩設計規范扣建議方法進行美計算分析。培忠徒4胸．挽1伏憐壩體運行期溫柴度應力三維有渣限元計算結果角權xx巾電站溢流壩已際運行多年，壩物體內部混凝土偶穩定溫度接近召建壩區多年平挑均氣溫，而上樣下游壩面隨外摩界氣溫呈年際由變化，壩面與著壩體內部的溫曲差將引起壩體冶變形，這種壩拌體變形由于受勸到壩基巖體的本約束，在壩體遼內將形成一定刃的溫度應力。周參考壩區氣溫節、水溫和地溫煌資料，擬定以菊下參數計算夏宅季和冬季兩種鷹情況：巴塘放(1)釀構壩體內部穩定迷溫選度頓18裙℃路，下游壩面氣般溫統37閉℃蘿，上游水溫拔在資34獅0燈．臂0設—蘋347.0縫m探高程內脈取傳25白℃否，數33諸0救．守0-34銀0怕．此0臟m快高程內稠取沿20鴿℃扁，地溫倦取屈l0誤℃那。核斥疑(12)對站壩體內部混凝周土穩定溫緩度曾18永℃還，下游壩面氣謊溫鏟-2爐℃甘，上游水溫攜在紐34生0魂．靠0-34賽7餐．助0源m惱取嬌2姐℃斥，離33勝0替．嘴0-34榜0未．哄0憶m誠高程亂取歇6險℃翠。份經計算在溢流腎壩甘段蹈(統3凳—逼5雀剖繳面刑)稠堰頂及下游壩偉面出現主拉應馬力最大，其方蛙向近于平行壩顛軸線，量值示達追0買．刮8-獻1唇．余2MP途a強。氧項廚4睜．悲2絹浮按重力壩設計庸規范分析芹伶菠(1)環芝外界溫度年變悟化引起的應力鎖。畫最大應力盞一般出現在壩酒表面，值按下撕式估算：臭若假定壩訊面混凝土允許絮抗譯拉予(貓裂輔)獎強壽度租[豬σ誕t誓]魔＝結1撓．完0MP銷a敢，由上式計算儉，壩面允許的址溫度變幅字為測15況℃遺，換言之，若治壩面溫度高菊于弄3搞3寧．刪7散℃鴨或低潔于繁3若．賽7河℃貓，壩面混凝土增則可能開裂或暴引起已裂混凝均土裂縫擴展，踢加深裂縫深度剪。陵綜合上述深兩種方法分析惱結果可以看出岡，當壩面與壩匙體內部混凝土款溫差達炎到赴15慢℃栽以上時，壩體屈混凝土將會出組現開裂或引起泉裂縫進一步擴齒展，裂縫最可躺能出現的部位食在溢流壩中間畫壩源段窄(乏3決—俱5糠剖煮面儉)對的壩頂或下游舞壩面，由于壩論面縱標向丈(塔垂直水戒流書)博溫度應力一般來大于橫向，裂崗縫的方向多與豐最大主應力方法向垂直，即壩速面一般呈現橫片向裂縫，這與虎xx尺電站溢流壩情飲況較為吻合。炎5祥澇結論及建議傭普柏(1)兵舍本文分析表明剃壩體變位與應播力分布對稱于助壩段中間