斷層對拱壩壩肩變形的影響

2016-08-01 09:11:10杜文才中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司吉林長春300丹東市水利勘測設(shè)計研究院遼寧丹東800

東北水利水電 2016年2期

金　輝，夏　輝，劉　力，杜文才（.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林長春 300；.丹東市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧丹東 800）

斷層對拱壩壩肩變形的影響

金輝1，夏輝1，劉力2，杜文才1
（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林長春 130021；
2.丹東市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧丹東 118001）

［摘要］蓋下壩水電站混凝土拱壩建于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r之上，巖體堅硬、完整均一，變形模量較高。斷層較少且規(guī)模不大，均為窄長形，內(nèi)夾多為碎塊石、巖屑。經(jīng)平面有限元對斷層壓縮進行計算分析表明，由于拱端巖體變形模量高、斷層規(guī)模小等因素，斷層的壓縮有限，其對拱端變形影響很小。

［關(guān)鍵詞］壩肩斷層；壓縮變形；橢圓雙曲拱壩；蓋下壩水電站

1　工程概況

蓋下壩水電站位于重慶市云陽縣和奉節(jié)縣境內(nèi)的長江一級支流長灘河中上游河段，工程對外交通較方便。開發(fā)的主要任務是發(fā)電。水庫正常蓄水位392.00 m，總庫容3.54×108m3，電站裝機容量132 MW。工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為二等，大壩及泄水建筑物為1級建筑物，最大壩高160 m。攔河壩設(shè)計洪水重現(xiàn)期為500年，校核洪水重現(xiàn)期為2000年。

2　工程地質(zhì)條件分析

對壩址影響較大的斷層有F1，F(xiàn)3，F(xiàn)4。F1分布于河床壩基及兩岸岸坡，產(chǎn)狀為走向N5°～26°W，傾向NE，傾角75°～81°，其連通性較好，斷層面較平直，略呈波狀起伏。主要由碎塊巖及巖屑夾黃泥等組成，泥厚一般1～2 cm，最厚達10 cm，走向N15°W，傾向NE∠77°。斷層破碎帶寬10～20 cm。

F3斷層在284 m高程近垂直于拱推力方向斜穿拱座巖體，構(gòu)成該部位拱座穩(wěn)定的側(cè)向切割面，產(chǎn)狀為走向N50°W，傾向NE，傾角67°，寬度3～10 mm，破碎帶組成物為黃泥夾巖屑。

F4斷層出露于槽壁299m高程處，尖滅壩軸線下游處，走向N10°E，傾向SE，傾角67°，寬20 cm～50 cm，破碎帶組成物為碎裂巖夾少量泥。

不同高程拱端與斷層的水平距離見表1。

由上述可知，寬度最大的斷層為F4，但也僅為50 cm，規(guī)模較小，F(xiàn)4斷層在295 m高程距離拱端約為15 m，距離也是較近的，所以其對拱端的變形影響應是相對較大的，是分析的重點。

表1　拱端與斷層的水平距離表

3　計算方法及基本假定

為了解斷層對拱端位移的影響，采用有限元程序Ansys10.0，按平面應變理論，分別選取拱端力系相對較大、斷層距拱端距離相對較近的275.00 m、295.00 m高程進行計算。通過計算，主要研究拱端下游有、無斷層時拱端位移情況，即在計算模型中分別賦予斷層的實際參數(shù)和巖體參數(shù)。根據(jù)地質(zhì)平切圖，計算范圍取為8～10倍拱端寬度，巖體邊界為全約束。

4　荷載組合

由于靜力情況下各工況荷載相差不大，同時經(jīng)驗證荷載變化較小時對斷層的壓縮變形的影響并不敏感，計算荷載均按正常溫降組合計算。

考慮如果直接將應力計算結(jié)果的拱端力系加載在拱端上，會引起局部應力過于集中和變形的不真實，所以采用直接將水荷載加載在拱的上游側(cè)的近似處理方法（未計入溫度荷載的影響）。

5　計算參數(shù)

材料參數(shù)見表2。

表2　壩基巖體材料參數(shù)

6　計算結(jié)果及分析

經(jīng)計算，在考慮斷層及不考慮斷層情況下，拱端最大位移分別見表3，4，5。

由上表可知，考慮及不考慮斷層影響時，距離拱端較近的F4斷層在295.00 m高程拱端相對位移變化量最大，但其位移值也僅增加0.6071 mm，不足1 mm，其它更小，所以斷層的壓縮變形對拱端位移的影響很小。

7　結(jié)語

蓋下壩水電站混凝土拱壩建于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r之上，巖體堅硬、完整均一，變形模量較高。斷層較少且規(guī)模不大，均為窄長形，內(nèi)夾多為碎塊石、巖屑。經(jīng)平面有限元對斷層壓縮進行計算分析表明，由于拱端巖體變形模量高、斷層規(guī)模小等因素，斷層的壓縮有限，其對拱端變形影響很小，不需采取工程措施。