重力坝泄洪闸边墩稳定性数值模拟研究分析

周学雷

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 绪 论

水利工程建设需结合工程地实际，充分掌握坝址区的工程地质、水文气象条件。重力坝设计施工过程中，首先保证结构设计合理，其次科学安排工期[1]。在重要建筑及复杂施工工艺时，常采用力学及仿真实验进行模拟，取得一定成效。目前国内普遍采用数值模拟及仿真技术进行工程应力分析计算，有限元模拟大坝在开挖、浇筑、养护不同阶段[2]，实现大坝在坝工设计、施工方法、温控措施等方面的合理控制，通过计算分析判断结构合理性，提出设计优化措施，取得一定的的经济效益和社会效益。

2 工程实例

2.1 工程概况

某水电站在中国西北省份境内，为河段的梯级开发电站。工程规模为中型Ⅲ等，主要建筑物为3级，临时建筑物为4级，枢纽区建筑物主要有：挡水坝、泄洪表孔、泄洪底孔、右岸电站厂房等[3]。重力坝最大坝高75m，正常蓄水位1853.00m，泄洪底孔布置在右岸，压力钢管8.0m×8.0m一孔布设[4]。重力坝泄底孔有限元模拟图，见图1；闸墩体形图，见图2。

图1 重力坝泄底孔有限元模拟图

图2 闸墩体形图

2.2 剖面选取

泄洪闸边墩剖面位置表，见表1。

表1 泄洪闸边墩剖面位置表

2.3 计算结果

文章计算出3种剖面的应力应变值[5]，1#剖面结果见图3-6；2#剖面结果见图7-9；3#剖面结果见图10-12所示。

图3 1#剖面X方向正应力sx

图4 1#剖面Y方向正应力y

图5 1#剖面Z方向正应力z

图6 1#剖面XY平面剪应力τxy

图7 2#剖面X方向正应力sx

图8 2#剖面Y方向正应力y

图9 2#剖面Y方向正应力y

图10 3#剖面X方向正应力sx

图11 3#剖面Y方向正应力y

图12 3#剖面Z方向正应力z

由上述图示结果可得，顺水流向最大正拉应力为1.352Mpa，出现在左边墩与弧门支承梁连接部位，拉应力三种工况基本一致。边墩压应力值均较小，出现位置基本同拉应力。沿坝轴线方向正拉应力最大为0.315MPa，在左边墩的外侧底部，最大压应力为2.324Mpa，在左边墩底端内侧。竖直向拉应力最大值为0.951MPa。泄洪闸边墩水平向位移最大变形量为2.763mm，,其它两个方向相对较小。

泄洪闸边墩应变计算结果，见表2；闸墩位移计算结果，见表3。

表2 闸墩应变计算结果

表3 闸墩位移计算结果

从表可看出，泄洪闸边墩4种工况的应力分布比较相似，工况3产生拉应力最大值，位置基本位于闸墩和弧门大梁的连接部位，拉应力在下棱角，压应力在上棱角位置。

3 结 论

文章基于有限元分析和数值分析原理，建立三维数值模型计算某大坝的泄洪闸边墩应力变形，四种不同工况结果反应闸墩与弧形闸门交接处应力应变较明显，应力值均较小。闸墩局部应力较大位置应加强钢筋布设，提高结构承载能力。结果表明，对泄洪底孔坝段应力变形的计算结果符合一般规律，闸墩结构安全稳定。