【正文】 ，只在中部高程壩踵部位局部出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大主拉、主壓應(yīng)力值滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。說明拋物線體型設(shè)計(jì)符合要求。在特殊荷載組合工況下，壩體應(yīng)力滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)力分布規(guī)律及最大位移、最大應(yīng)力出現(xiàn)部位與基本組合相似，主要差別在于上游壩踵拉應(yīng)力增大，增幅約30％。線彈性有限元法計(jì)算結(jié)果表明：壩體位移對(duì)稱、均勻與拱梁分載法計(jì)算成果一致；壩體拉應(yīng)力主要受上游面控制，從拉應(yīng)力區(qū)分布及拉應(yīng)力值綜合判斷，壩體拉應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求；壩體壓應(yīng)力主要受下游面控制，從壓力區(qū)分布及壓應(yīng)力值總和判斷，壩體壓應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。 壩肩穩(wěn)定分析從壩址區(qū)的地形地質(zhì)分析，對(duì)拱壩壩肩穩(wěn)定有利，主要表現(xiàn)為：河谷狹窄，地形完整對(duì)稱，山體雄厚；壩肩出露的巖體為堅(jiān)硬、完整的去武巖，具有較高的強(qiáng)度。壩肩巖體內(nèi)無特定的陡傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育，只有稀疏、短小、擠壓緊密的陡傾角裂隙發(fā)育(其連通率壩肩抗滑穩(wěn)定分析以剛體極限平衡法為主，壩肩抗力休的側(cè)滑面為一套極不發(fā)育的節(jié)理裂隙；底滑面為特定的層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶，傾角平緩，面有起伏，連續(xù)性較好。按照地質(zhì)勘探揭示的裂隙產(chǎn)狀及層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶的產(chǎn)狀、分布和位置，列出壩肩各種町能的滑移面組合，按規(guī)范要求，采用剛體極限平衡法進(jìn)行壩肩穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)果見表6。計(jì)算結(jié)果表明，純摩、剪摩安全系數(shù)均達(dá)到并超過規(guī)范要求，穩(wěn)定性較好。除此之外，采用目前國(guó)內(nèi)的多種計(jì)算程序進(jìn)行靜、動(dòng)荷載作用下的壩體應(yīng)力分析、拱座穩(wěn)定分析和大壩的地震反應(yīng)分析，計(jì)算結(jié)果表明：在不同荷載組合工況下，拱座基本上無不良應(yīng)力分布，拱壩應(yīng)力分布較為理想；左右岸拱肩的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求；壩體設(shè)計(jì)符合地震設(shè)防要求。表6 各典型滑動(dòng)塊體穩(wěn)定安全系數(shù)滑塊編號(hào) 滑塊高程（m)底滑面左岸 純摩剪 摩滑塊高程（m）底滑面右岸 純摩 剪摩 C3 C4 2 C4 C7 3 5層內(nèi)總體 C8 4 Lc534 5層內(nèi)總體 5 6層內(nèi)總體 Lc649 6 Lc614 6層內(nèi)總體 7 8層內(nèi)總體 8層內(nèi)總體 8 Lc840 拱壩抗震設(shè)計(jì)溪洛渡水電站位于南北向的峨邊一金陽斷裂，北東向蓮峰斷裂及北西向馬邊一鹽津隱伏斷裂帶所圍限的雷波一永善三角形塊體之中南部，塊體面積約1 600km2，斷裂不發(fā)育，具有良好的穩(wěn)定性。壩址區(qū)地震危險(xiǎn)性主要自塊體東部馬邊地震帶強(qiáng)震的波及影響。1989～1990年國(guó)家地震局對(duì)溪洛渡水電站進(jìn)行了地震基本烈度復(fù)核和地震危險(xiǎn)性分析，壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度，；?？値?kù)容l ，最大壩高278m，溪洛渡混凝土雙曲拱壩壩頂高程610m，壩高超過世界上最高的格魯吉亞英古里壩，溪洛渡拱壩、英古里拱壩和小灣拱壩都是建在基本烈度Ⅷ度的高地震區(qū)的特高拱壩。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL5073—2000)規(guī)定，拱壩抗震設(shè)計(jì)類別為甲類。由于壩高大于250m，其抗震安全性須進(jìn)行專門研究。按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求，進(jìn)行如下計(jì)算分析：①動(dòng)力拱梁分載法進(jìn)行拱壩強(qiáng)度動(dòng)力分析；②線彈性有限元反應(yīng)譜法進(jìn)行拱壩強(qiáng)度動(dòng)力分析；③線彈性有限元時(shí)程法進(jìn)行拱壩強(qiáng)度動(dòng)力分析；④采用剛性極限平衡法和剛體彈簧元法進(jìn)行拱壩壩肩動(dòng)力穩(wěn)定分析。圍繞以下幾個(gè)問題開展專題研究：①壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：在強(qiáng)震作用下，拱壩中、上部會(huì)產(chǎn)生很大的拱向拉應(yīng)力，抵消靜態(tài)壓應(yīng)力的拉應(yīng)力，將使基本不能抗拉的橫縫張開，并隨著突變的地震作用而反復(fù)開合，使壩體應(yīng)力重分布，拱向應(yīng)力顯著降低，拱壩的強(qiáng)度反應(yīng)成為一個(gè)復(fù)雜的三維邊界接觸的非線性動(dòng)力問題，直接關(guān)系到抗震安全性的評(píng)價(jià)，因此研究了壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響；②地基輻射阻尼對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：拱壩在地震作用的過程中，存在波動(dòng)能量向遠(yuǎn)域地基的、輻射。人為截?cái)嗟鼗吔?，造成截?cái)噙吔缟喜ǖ姆瓷渥饔?，加大了拱壩?dòng)力反應(yīng)。因此，在遭遇強(qiáng)震時(shí)應(yīng)考慮波動(dòng)能量向遠(yuǎn)域地基逸散的輻射阻尼影響；③地震動(dòng)非均勻輸入對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：采用柯依納波作為輸入地震波，分析地震運(yùn)動(dòng)沿壩的相差幅差、分析對(duì)拱壩動(dòng)力反應(yīng)的影響；④綜合考慮地基輻射阻尼，壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響；⑤動(dòng)力模型試驗(yàn)，模型壩體模擬了橫縫布置并設(shè)置人工阻尼邊界。拱壩抗震設(shè)計(jì)的各項(xiàng)研究，均采用目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的計(jì)算方法和模型試驗(yàn)手段，結(jié)合工程類比進(jìn)行了全面的分析和科技攻關(guān)。研究工作聯(lián)合了國(guó)內(nèi)高水平的科研單位、大專院校及知名專家共同完成。計(jì)算研究及模型試驗(yàn)成果表明，溪洛渡高拱壩在遭遇設(shè)防烈度地震時(shí)，其強(qiáng)度及穩(wěn)定性均能滿足抗震設(shè)計(jì)要求，主要結(jié)論如下：(1)大壩自振頻率相對(duì)較低，呈現(xiàn)出各階模態(tài)分布密集的特點(diǎn)。在正常蓄水位及低水位運(yùn)行時(shí)，大壩第一階振型呈反對(duì)稱，第二、三階振型呈正對(duì)稱。正常蓄水位時(shí)，～，～。(2)采用拱梁分載反應(yīng)譜法和線彈性有限元反應(yīng)譜法的分析結(jié)果基本一致，僅數(shù)值上有一定的差異。壩體壓應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，有一定的安全裕度。壩體的高拉應(yīng)力區(qū)集中出現(xiàn)在壩體中上部，由地震時(shí)的拱向拉應(yīng)力產(chǎn)生。在正常蓄水位情況，拉應(yīng)力值超過標(biāo)準(zhǔn)的壩體面積與壩體總面積之比〈％，低水位時(shí)其比值(3)反應(yīng)譜作用下的地震反應(yīng)與人工波作用下的計(jì)算結(jié)果基本相似。輸入不同的地震時(shí)間歷程，對(duì)動(dòng)應(yīng)力的分布規(guī)律影響不大。(4)地基輻射阻尼對(duì)動(dòng)應(yīng)力的分布規(guī)律影響不大，但拱壩地震反應(yīng)顯著降低。最大拱向應(yīng)力值減小25％～40％，最大梁向應(yīng)力值減小25％～50％。(5)地震運(yùn)動(dòng)幅差相差對(duì)壩體動(dòng)應(yīng)力綜合影響不顯著。(6)強(qiáng)震作用下，壩體橫縫張開，壩體應(yīng)力重分布，頂部拱冠梁附近的高拉應(yīng)力被釋放。正常蓄水位及低水位運(yùn)行時(shí)原出現(xiàn)高拉應(yīng)力部位的拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。綜合高拉應(yīng)力區(qū)分布范圍及應(yīng)力集中影響區(qū)以外的壩體應(yīng)力值，壩體應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。如考慮壩體材料的非線性，則消除了上游壩踵出現(xiàn)的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，拉應(yīng)力滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。(7)設(shè)計(jì)地震作用下，壩踵出現(xiàn)局部開裂，計(jì)算深度〈5m。裂縫相對(duì)穩(wěn)定，大壩整體穩(wěn)定能夠得到保證。(8)模型試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)地震時(shí)，壩體最大應(yīng)力不超過壩體材料強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)。，其它部位仍尤可見損傷。壩體發(fā)生明顯損傷跡象之后，其震后靜承載能力末見異常，表明拱壩自身有優(yōu)異的抗震性能。(9)采用剛體極限平衡法及剛體彈簧元法進(jìn)行的壩肩動(dòng)力穩(wěn)定計(jì)算分析表明，壩肩動(dòng)力穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求。(10)按照壩體混凝土分區(qū)方案，在拱冠梁附近中上部區(qū)域及壩基附近區(qū)域采用180d齡期抗壓強(qiáng)度為36MPa的混凝土，其動(dòng)、靜迭加的抗壓、計(jì)算及模型試驗(yàn)成果均表明，拱壩強(qiáng)度滿足抗震設(shè)計(jì)要求。在強(qiáng)震作用下，橫縫的最大開度不大于10mm，不會(huì)導(dǎo)致橫縫間止水破壞，從這一角度分析，勿需設(shè)置抗震鋼筋來保證大壩的整體性。 泄洪消能金沙扛：徑流豐沛，洪水峰高量大，洪水過程較長(zhǎng)，洪水過程線多呈復(fù)峰型。壩址處多年平均流量4 620m3／s，年徑流量1 460億m，相當(dāng)于黃河徑流量的3倍，但與年徑流量相比，水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)較小，調(diào)蓄洪水能力有限，每年均要頻繁泄洪。電站千年一遇洪水洪峰流量43 700m3/s，萬年一遇洪水洪峰流量52 300m3／s泄洪功率近100 000MW，位居世界高拱壩之首，約為已建的二灘電站泄洪功率的3倍，與國(guó)內(nèi)外部分已建成的高拱壩泄洪功率比較參見表7。溪洛渡工程泄洪消能功率高，具有“高水頭、大泄量、窄河谷”的特點(diǎn)。國(guó)外高拱壩工程的泄洪功率相對(duì)較小，已建薄拱壩中泄洪功率最大的是洪都拉斯的唉爾卡洪拱壩，泄洪功率15 500MW；國(guó)內(nèi)已建工程中，泄洪功率最大的是二灘水電站，泄洪功率為39 000MW，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溪洛渡工程100 000MW的泄洪功率。因此，溪洛渡工程泄洪消能問題十分突出，是世界水平的高難度問題。表7 國(guó)內(nèi)外部分高拱壩樞紐泄洪功率比較序號(hào) 工程名稱 國(guó)家 壩高/（m）落差Z（m）Q（m3?s)流量（m3?s)泄洪功率 N（MW）河槽寬B（m）巖基巖性 完建年份設(shè)計(jì)1 溪洛渡 中國(guó) 278 205 52300 10000 枯水期 70～110 率武巖 2 二灘樞紐 中國(guó) 240 23900 39000 80～100 正長(zhǎng)巖 1998年 3 二灘壩身 中國(guó) 240 16300 26500 80～100 正長(zhǎng)巖 1998年 4 唉而卡洪 洪都拉斯 231 184 8590 15500 ≈100 石灰?guī)r 1985年 5 里?羅克斯 南非 107 21500 14800 135 泥巖 已建 卡博拉?巴薩 莫桑比克 13300 13400 100 片麻巖 1975年 7 莫西洛克 美國(guó) 185 7800 8100 ≈70 玄武巖卡里巴 贊比亞 128 85 9500 8080 120 片麻巖 1962年 9 英古里 前蘇聯(lián) 272 230 2500 5040 25 白云巖 石灰?guī)r 1982年 卡瓦基 日本 140 100 4400 4570 30 1981年 11 莫拉丁其 南斯拉夫 220 175 2200 3890 35 1975年 12 隔河巖 中國(guó) 151 100 2780 20700 120 石灰?guī)r 1997年 13 東風(fēng) 中國(guó) 173 110 14200 15000 50 石灰?guī)r 1994年 14 李家峽 中國(guó) 165 119 6300 73500 ≈50片 巖、混合巖為解決泄洪消能問題，結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，溪洛渡工程泄洪消能設(shè)計(jì)以“分散泄洪、分區(qū)消能、按需防護(hù)”為原則，采用壩身孔口、兩岸泄洪洞和適當(dāng)臺(tái)數(shù)機(jī)組共同承擔(dān)泄洪任務(wù)的布置方案。主要泄水建筑物由壩身7個(gè)表孔、8個(gè)深孔和兩岸5條泄洪洞組成。在設(shè)計(jì)中解決了以下關(guān)鍵技術(shù)問題：(1)增大壩身孔口泄量溪洛渡河道順直，基巖裸露，抗沖流速高，有條件增大壩身孔口泄洪流量，減輕壩外泄洪任務(wù)，從而縮小泄洪洞的規(guī)模，或者保持原有泄洪洞的規(guī)模，減少泄洪洞數(shù)量，降低工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。壩身采用表孔、深孔相結(jié)合，分層出流，上下差動(dòng)，空中擴(kuò)散，水舌空中碰撞。射流水舌在入水處縱向盡可能的分散；在水舌不砸岸坡的條件下，充分利用下游水深大的特點(diǎn)，使水舌橫向拉開與擴(kuò)散，有效地削弱人水射流的集中程度；利用射流和淹沒水躍的消能原理在水墊塘中集中消剎下泄洪水的能量，并減少水舌沖擊壓力，以減輕射流對(duì)水墊塘底板的沖刷破壞。并對(duì)水墊塘進(jìn)行襯護(hù)。形成“分層出流、水舌碰撞、水墊塘消能”的消能方式。通過壩身孔口泄洪功率達(dá)到57 000MW，為二灘的2倍，是技術(shù)上的重大突破。多個(gè)水力學(xué)模型試驗(yàn)的成果表明，通過表孔采用舌形坎或差動(dòng)坎，縮短表孔閘墩、優(yōu)化表孔和深孔體型等工程措施后，當(dāng)壩身宣泄30 000m3／s流量時(shí)，表孔和深孔水舌能適當(dāng)碰撞、剪切形成散落狀水股，水舌擴(kuò)散充分。碰撞后的水舌大量摻氣，形成摻氣水流，消能效果較好。多股水流入射壩下水墊塘后，在水墊塘內(nèi)形成復(fù)雜的三元水流，在水墊塘內(nèi)縱向、橫向和垂向擴(kuò)散，加之與水墊塘邊壁的碰撞折沖，下泄水流劇烈紊動(dòng)消能。利用水墊塘內(nèi)水深達(dá)80m左右的有利條件，大大地減少底板上的動(dòng)水壓力。，在設(shè)計(jì)的允許范圍之內(nèi)。通過模型試驗(yàn)，驗(yàn)證溪洛渡拱壩壩身宣泄30 000m3/s流量，壩身孔口泄流能力，水流流態(tài)，消能效果，水墊塘底板上的最大時(shí)均沖擊壓力和底板穩(wěn)定均能滿足要求。再通過拱壩泄洪振動(dòng)水彈性模型試驗(yàn)，壩身泄洪時(shí)誘發(fā)的壩體振動(dòng)是有感振動(dòng)，其數(shù)量級(jí)不會(huì)對(duì)壩體安全構(gòu)成威脅，也不會(huì)對(duì)環(huán)境和人造成危害。通過多項(xiàng)指標(biāo)的綜合分析，下游河道具有承受由壩身孔口下泄30 000m3／s流量的能力。因此設(shè)計(jì)采用壩身孔口宣泄30 000m3／s流量是可行的。壩身泄洪消能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外高拱壩工程比較見表8。(2)采用反拱型水墊塘溪洛渡工程的泄洪消能設(shè)計(jì)采用壩身設(shè)兩層孔口，壩后設(shè)水墊塘消能的布置方式。這樣布置方式使樞紐布置緊湊，泄洪水流方向與原河道基本一致，順應(yīng)河勢(shì)，避免下泄水流對(duì)兩岸的直接頂沖，是一種既安全又經(jīng)濟(jì)的布置方式。在設(shè)計(jì)中首先注意水墊塘的開挖不能危及大壩的壩肩安全，水墊塘的邊坡不宜太高；其次，水墊塘底板的穩(wěn)定性。因?yàn)榇罅康哪芰吭谒畨|塘內(nèi)消剎，一旦水墊塘底板失去穩(wěn)定，河床基巖遭受沖刷，勢(shì)必影響大壩及壩肩的穩(wěn)定。溪洛渡水電站壩址河谷形態(tài)為對(duì)稱的窄“U”型，枯水期水面寬70～1lOm，河床420m高程以下的坡度較緩，僅為20176。～25176。，420m以上則為55176。～75176。陡坡。從適應(yīng)河谷形態(tài)，減少岸坡的開挖，增加底板穩(wěn)定的安全度考慮，采用反拱形底板水墊塘。注：L一水墊塘長(zhǎng)度；b1b2一水墊塘頂?shù)讓挘篢一水墊塘水深。表8 高拱壩壩身泄洪消能指標(biāo)比較表水墊塘尺寸 塘內(nèi)單位水 體消能率 最大沖擊動(dòng) 水壓力壩高（m）總泄流量（m3/s)壩身泄流量（m3/s)水頭 壩身泄洪工程名稱 工況功率 L T b1/b2（m）（MW）（m）(m）（m)kW/m3 小灣 292 校核 20572 15260 33900 400 48 180/70 設(shè)計(jì) 14682 9060 19700 42 拉西瓦 250 校核 6000 6000 213 12500 217 36 104/60 設(shè)計(jì) 4000 3740 8350 30 二淮 240 校核 23900 13600 2660 330 57 126/40 設(shè)計(jì) 20600 13200 21500 54 構(gòu)皮灘 225 校核 29100 29100 42400 311 77 140/70 設(shè)計(jì) 23600 23600 35900 72 摩西羅克 184 7800 7800 8100 140 73 1012 15 溪洛渡 278 校核 50153 30902 59734 224/107 設(shè)計(jì) 40921 21717 41588 400 注：L水墊塘長(zhǎng)度；b1b2水墊塘頂?shù)讓?；T水墊塘水深。為研究水墊塘內(nèi)的水流特性，專門制作了樞紐整體模型，并開展了反拱型水