某水电站引水系统(暗河)堵头结构与稳定分析

姜贺男 王树东

吉林省农安县水利勘测设计中心

某水电站引水系统(暗河)堵头结构与稳定分析

姜贺男 王树东

吉林省农安县水利勘测设计中心

应用有限元分析软件ABAQUS对某水电站暗河堵头进行模拟和计算分析，结果表明，10m长度堵头部分可以满足初期封堵需要，16m长度可以满足后期暗河蓄水和封堵需要，分段封堵分期挡水方案是可行的。

暗河；堵头；有限单元法；安全系数

1 概况

某水电站工程规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，是从暗河中引水发电，堵头位于暗河出口处上游约500m处，堵头的级别为4级永久建筑物。

为了研究堵头的应力分布和稳定性，本文应用有限元分析软件ABAQUS对堵头进行模拟和计算分析，本文仅以一期堵头为例。

2 堵头结构与计算参数

2.1 结构简图

结构简图见图2—1堵头平面图、图2—2堵头断面图。

水流方向

图2-1 堵头平面图

图2-2 堵头断面图

2.3 计算参数

堵头段围岩岩性为灰岩，类别为Ⅱ类，属中等坚硬岩石，岩石强度较高，

①岩石

密度ρ=25kN/m3

弹性模量E=2.0×104MPa

泊松比v= 0.32

②堵头混凝土

密度ρ=25 kN/m3

弹性模量 E=2.55×104MPa

泊松比v= 0.167

③岩石与堵头混凝土交界面

抗剪断摩擦系数 f′ =1.10

抗剪断凝聚力 c′=1.10MPa

3 计算模型及建模

运用ABAQUS软件开展本项目工作。所采用的硬件设备及其配置如下：

HP ZX6000工作站，计算用：64位模式Itanium 1.3GHz双CPU，12GB ECC内存，146GB SCSI硬盘，19’纯平面显示器，64 MB显示内存。

3.1 建模依据

根据地形、地质资料(参考设计方案)确定建模范围。以堵头为中心，分别向上下游、左右侧及高程上下方向选取分析域的范围，使分析域为一个250m×250m×250m的实体。

坐标系以堵头轴线方向，即上下游为z轴，堵头左右侧方向为x轴，高程方向为y轴，为右手坐标系。

按照堵头设计方案，此次计算复核按2期分步开挖模拟及分次浇筑模拟堵头的施工。同时不考虑新老混凝土的结合问题。

由于地下暗河河道形成历史悠久，围岩已经稳定，开挖至堵头形成间隔较长，且开挖的围岩体积很小，对初始地应力场影响很小，因此也不考虑初始地应力场的作用。

3.2 建模成果

有限元建模用8节点六面体单元将计算模型离散化，单元总数为26159，节点总数为28144。

底面的位移边界条件为全约束，顶面未施加位移边界条件，四个侧面的位移边界条件均为法向约束。

4 计算结果

4.1.1 计算应力。一期堵头长度为10m，施加该期堵头的重力荷载和94.6m水头的水压荷载，堵头前水位为1031.00m。堵头的拉应力最大约为0.13MPa，最小拉应力为0.15KPa。堵头底面压应力约在76KPa～0.14MPa，顶面拉应力约为73KPa～ 0.13MPa。堵头左右侧面上的剪应力约在11KPa～82KPa。

4.1.2 计算抗滑稳定系数。根据有限元计算结果，可得接触面上的径向压应力乘上相应的接触面积，并沿接触面积分即得总法向力，然后根据抗剪断计算理论，就可计算得到堵头长度10m和上游水位为1031m时的堵头稳定安全系数。

水的压力F压按下式计算

式中：P顶和P底分别作用在堵头体迎水面上的压力的最小和最大值，AP为堵头迎水面的面积。

堵头的抗滑力F抗按下式计算

堵头的抗滑安全系数为

堵头抗滑稳定安全系数的计算如下：

当堵头长度10m、上游水位分别为1031m (水头94.6m)，时的堵头抗滑稳定安全系数。

由(1)、(2)两式分别求出

水的压力F压=1.05×108N

抗滑力 F抗=3.76×108N

抗滑安全系数为

5 计算结果分析

5.1 堵头稳定性分析

根据《混凝土拱坝设计规范》(SL282-2003)，3级建筑物抗滑稳定安全系数在基本荷载组合时应不小于最小安全系数3.0，在特殊荷载给合时应不小于最小安全系数2.5。本堵头为4级建筑物，可参照执行。

堵头一期滑动安全系数3.59，大于3.0，可以满足稳定性要求。

5.2 堵头最大拉压应力分析

根据《混凝土拱坝设计规范》(SL282-2003)，3级建筑物容许压应力等于混凝土的极限抗压强度除以安全系数，基体荷载组合时安全系数采用3.5；特殊荷载组合时安全系数采用3.0，本堵头为4级建筑物，可参照执行，堵头计算的最大压应力为0.14MPa，小于混凝土的容许压应力。

6 结语

计算分析表明，堵头迎水面附近均出现较大的应力，堵头与围岩接触面是堵头的潜在滑动面，堵头施工时对这些接触面进行凿毛处理和适当布置插筋是必要的，而且必须做好固结灌浆和接缝灌浆。

[1]水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院.《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)[ S].北京：中国水利水电出版社，2005.

[2]上海勘测设计研究院，长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，等.《 混凝土拱坝设计规范》( SL282--2003)[ S].北京：中国水利水电出版社，2003.

[3]《水工隧洞设计规范》 DL/T5195-2004 中华人民共和国电力行业标准

[4]《水工隧洞设计规范》(水利部SL279—2002)

上接(第6 3页)出有预算;三是办理日常收支和资金拨付业务，要严格按照预算和项目计划进度执行，并根据预算执行的实际情况，及时调整支出明细预算。对确需调整总体收支预算规模的，应按规定报批。

3.善会计管理制度建设

首先，除了不断完善《事业单位会计制度》及相关会计规定，提高其科学性、实用性外，要注意完善相配套的法律规定建设，健全的监督会计制度能够使事业单位监管部门有法可依，能够依据相关规定对会计核算不规范的问题予以监督和惩处，提高了会计核算不规范和违规操作的成本。其次，要完善事业单位的内部控制制度，要根据事业单位的工作范围、工作性质和任务特点，建立起一整套的事业单位财务管理内部控制系统，从建设内控组织、完善内部牵制着手建设事业单位内部控制框架，包括：内部稽核制度、内部牵制、授权审批制度、责任中心划分等基础性工作。三是要坚持收支两条线，要继续深化以国库集中支付、政府集中采购为主要内容的公共财政制度改革，认真搞好“收支两条线”制度的贯彻落实，规范行政事业单位的相关财务行为。

4.强财务监管

根据事业单位的工作范围、工作性质和任务特点，建立起一整套的事业单位财务管理内部控制系统。从组织和制度上对事业单位的财务实行内部控制。同时还要规范事业单位财务会计的运作程序、科学合理地设计业务流程，明确各个岗位和控制点监督控制的主要内容等。各事业单位应建立起全方位、全过程的财务监控体系，要将财务管理完全融入业务流程管理，优化改造业务流程管理系统，使之与会计管理信息系统实行全面、动态对接，业务的各个环节的相关信息都要传送到财务管理子系统中，从而实现财务管理全过程跟踪管理，并借助于计算机系统实现自动控制功能，将大量的人力从琐碎的体力事务中解脱出来，重点关注例外事件的处理和管理系统的更新改造。同时，各单位应规范财务工作流程，全面落实收支两条线管理，按照各项法律法规及财政系统的相关要求，结合本单位实际情况，建立健全各种财务与会计管理制度，包括会计人员岗位责任制度、账务处理程序制度、内部牵制制度、内部稽核制度、原始记录管理制度，财务收支审批制度和财务会计分析制度等。实现不相容职务的分离，推行规范的分级授权审批体系，同时实施相应的内部稽核机制和监督检查机制，将实施过程存在的问题反映出来，并及时加以解决。另外，各单位应严格遵守收支两条线的管理规定，维护财经法纪，保护国有资产和财政资金的高效运行。一是加强对事业单位的日常收支业务进行重点调查；每季度有内部审计，三方审计，进行核查，年末决算，需填列收支明细表等。二是将事业单位预算执行情况与任期领导的离任专项审计相结合，提高任职领导对会计核算和财务状况的重视程度；三是贯彻执行财务状况公开制度，实施财务民主监督、大众监督的方式提高事业单位的会计核算水平。

结语：

我国事业单位处在深化改革的关键时期，结合事业单位的特殊性探讨完善事业单位的会计核算措施有着重要的现实意义，尽管目前事业单位的会计核算工作普遍存在着上述甚至更严重的问题，只要不断完善会计管理制度、加强财务监督、不断提高财务人员素质和职业道德水平，才能真正发挥会计核算的作用，促进事业单位既快又好的发展。

参考文献：

[1]宁松.浅谈会计集中核算下学校财务管理.中国集体经济.2013(12).

[2]杜华.事业单位会计核算问题及对策.财会通讯.2014(12上).