【正文】 為2400kg/m3，抗拉強(qiáng)度為ft=，抗壓強(qiáng)度fc=10e6Pa。 壩體高度為76米，壩頂寬度一般取壩高的8%~10%，考慮交通要求,經(jīng)過綜合分析,。壩體抗滑穩(wěn)定分析：抗剪強(qiáng)度公式： 基本組合 =[] 滿足要求特殊組合(一) =[] 滿足要求特殊組合(二) = [] 滿足要求按抗剪強(qiáng)度公式：基本組合 = ＞[] 滿足要求特殊組合（一）=[] 滿足要求特殊組合（二） = ＞[] 滿足要求可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求壩踵壩址在三種工況下符合應(yīng)力條件，且變形在安全范圍內(nèi)，故設(shè)計合格。圖59 特殊組合（一）壩體第三主應(yīng)力分析圖在壩址處出現(xiàn)最大壓應(yīng)力， MPa，滿足強(qiáng)度要求。 圖54 基本組合壩體第一主應(yīng)力分析圖壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不超過廊道中心線，滿足規(guī)定要求。廊道寬3m。符合上游邊坡:1:0～1:。重力壩承受的主要荷載是水壓力和自重，控制剖面尺寸的主要指標(biāo)是穩(wěn)定和強(qiáng)度。介紹如下：（1） 前置處理：建立有限元模型所需要輸入的資料，如節(jié)點(diǎn)、坐標(biāo)資料、元素內(nèi)節(jié)點(diǎn)排列次序、材料特性等。各單元之間彼此相連接的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，從研究有限單元的力學(xué)特性著手，最后得到一組以節(jié)點(diǎn)位移作為未知量的矩陣形式表達(dá)的方程，求解出這些未知量，就可以得到整個求解域上的近似解。方案3：左岸直接布置廠房，左岸岸坡需要開挖較多，增加了投資。結(jié)構(gòu)作用明確,重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段,各壩段獨(dú)立工作,、地質(zhì)和氣象條件等資料都顯示,適于修混凝土重力壩.拱壩:由于拱壩剖面較薄,壩體幾何形狀復(fù)雜,對于筑壩材料強(qiáng)度,與本樞紐地形不符,故本樞紐不宜修拱壩.土石壩:在洪水流量較大的河流上,土石壩工程的導(dǎo)流,壩址地質(zhì)條件較好,建混凝土壩具有較大優(yōu)越性,故本樞紐也不適合修土石壩.綜上選擇該水利樞紐為混凝土實(shí)體重力壩較為合理。樞紐泄洪問題容易解決,重力壩可以做成溢流的,也可在壩內(nèi)設(shè)不同高程泄水孔,不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞,樞紐布置緊湊。樞紐泄洪問題容易解決。 壩體細(xì)部構(gòu)造設(shè)計：包括壩體混凝土分區(qū)、分縫廊道系統(tǒng)及壩身排水系統(tǒng)的設(shè)計。主要建筑物設(shè)計（1）當(dāng)水壩壩段設(shè)計：確定當(dāng)水壩的實(shí)用剖面及輪廓尺寸，并進(jìn)行穩(wěn)定、應(yīng)力分析。數(shù)值模擬計算只能在有限的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，為了減小計算誤差，必須選取合適的計算范圍。 作用在重力壩上的荷載 作用在重力壩上的荷載主要有：壩體及壩基上永久設(shè)備的自重，上下游壩面上的靜水壓力，揚(yáng)壓力、泥沙壓力、及地震荷載等。（5）施工方便。（3）樞紐泄洪問題容易解決。為了適應(yīng)地基變形、溫度變化和混凝土的澆筑能力，沿壩軸線用橫縫將壩體分隔成若干個獨(dú)立工作的壩段。 泥沙 ，經(jīng)計算壩址多年平均輸沙量為 。乙種洪水：韶關(guān)與樂昌峽～韶關(guān)～灣頭區(qū)間同頻率樂昌峽水庫相應(yīng)，以湞水為主的洪水組成。 水文基本資料 根據(jù)工程位置、任務(wù)、流域地區(qū)洪水組成及已有的水文站點(diǎn)和資料，確定武江的坪石（二）、犁市水文站，湞江的長壩（湞灣）水文站和北江的韶關(guān)水位站四站為設(shè)計基本站。降雨量：多年平均降雨量1488mm，最大日降雨量220 mm（1973年6月28日）。冬半年受東北季風(fēng)控制，氣候寒冷略干燥，夏半年受西南和東南季風(fēng)控制，氣候炎熱多雨。武江是北江流域的一級支流。發(fā)源于湖南省臨武縣三峰嶺，流經(jīng)湖南省的臨武縣、宜章縣、郴縣、桂陽、汝城等五縣，于樂昌市老坪石上游約3km流入廣東省的樂昌市，經(jīng)乳源、曲江，與湞江在韶關(guān)市沙洲尾匯合注入北江。本流域具有山地氣候特征。濕度：多年平均相對濕度80％，最大月平均相對濕度90％（1975年5月）。資料系列均至2006年。樂昌峽水利樞紐興旺溝壩址采用以武水為主的甲種洪水組成時還同時考慮樂昌峽壩址～樂昌市小區(qū)間的甲、乙兩種洪水組成。 壩基巖石及沙礫石的物理學(xué)性質(zhì)資料 壩基巖石及砂礫石的物理力學(xué)性質(zhì)泊松比 摩擦系數(shù) 抗剪強(qiáng)度系數(shù) 地基重度2700N/m3 淤沙的力學(xué)指標(biāo)淤沙高度23m內(nèi)摩擦角18176。 重力壩的特點(diǎn)（1） 結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計方法簡單，安全可靠。重力壩可以做成溢流的，也可以在壩身不同高度設(shè)置泄水孔，一般不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。大體積混凝土可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和混凝土澆筑方面都比較簡單，并且補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。 重力壩有限元建模有限元求解壩體和基巖位移和應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)時，關(guān)鍵是整體剛度矩陣K。在實(shí)際建模過程中，建議地基選取的范圍以2倍的壩高為宜，根據(jù)壩體剖面尺寸不一，也可以適當(dāng)調(diào)整范圍，由實(shí)際情況而定。繪出最大壩高處當(dāng)水壩橫剖面圖。3 壩型選擇與樞紐布置 壩型選擇擬定三種方案：分別選擇土石壩、混凝土重力壩、拱壩三種類型進(jìn)行比較。樞紐泄洪問題容易解決抗震要求抗震性好抗震性好抗震性不好根據(jù)基本資料顯示，壩址下游有足量的混凝土用砂，石料場，礫石料場儲量豐富。便于施工導(dǎo)流。 樞紐布置根據(jù)壩址壩型比較選擇意見，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，針對選定的重力壩壩型擬定下列可能的樞紐組合方案，進(jìn)行分析比較。由此可見，各樞紐方案建筑工程總投資排列順序?yàn)榉桨?1)＞方案(2)＞方案(3)，綜合考慮地形地質(zhì)、水文、施工、運(yùn)行管理等條件，選擇方案⑴，75m的溢流壩段。有限元法采用矩陣表達(dá)形式，便于編制計算機(jī)程序，以求解大型線性方程組。之后將建好的模型劃分網(wǎng)格，是使整個模型系統(tǒng)離散為有限個單元。因此作用于上游面的水壓力及基礎(chǔ)揚(yáng)壓力呈三角形分布，所以重力壩的基本剖面是三角形。下游邊坡:1:～1:. 廊道系統(tǒng)的設(shè)計帷幕灌漿需要在壩體澆筑到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。 擋水壩段空間有限元分析 有限元建?；酒拭婊炷林亓谓５幕緟?shù)（1）大壩：彈性模量E=，泊松比為=，密度為2400kg/m3，抗拉強(qiáng)度為ft=，抗壓強(qiáng)度fc=10e6Pa。圖55 基本組合壩體第三主應(yīng)力分析圖在壩址處出現(xiàn)最大壓應(yīng)力， MPa， MPa，滿足強(qiáng)度要求。（二）壩體荷載圖、變形圖、應(yīng)力圖圖510 特殊組合（二）壩體加載圖圖511 特殊組合（二）壩體沉降量圖。 廠房壩段設(shè)計 輪廓尺寸確定 設(shè)計時考慮各影響因素：荷載、地基、運(yùn)用、材料、施工條件等影響，擬定幾個方案比較，選出最優(yōu)方案。上游壩坡坡率n=0。（2）基巖：彈性模量E=，泊松比為=，密度為2700kg/m3 圖514 廠房壩建模圖 圖515基本組合廠房加載圖圖516基本組合廠房壩段變形圖。 特殊組合（一）廠房壩段穩(wěn)定分析圖519特殊組合（一）加載圖 圖520特殊組合（一）廠房壩段變形圖。6 結(jié)論 這次興旺溝樞紐工程有限元分析，通過建模模擬出擋水壩段和廠房壩段，對其進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定及抗震分析，參照水工建筑物標(biāo)準(zhǔn)，最后得出以下結(jié)論： （1）擋水壩段和廠房壩段應(yīng)力分析符合規(guī)范要求，小于壩底寬度的7%，滿足要求；，同樣也小于壩底寬度的7%，雖然設(shè)計遵循材料力學(xué)的思想，在壩底不可以出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，但是從有限元方法出發(fā)，只要出現(xiàn)的拉應(yīng)力區(qū)不超過壩底寬度的7%或壩踵到廊道帷幕灌漿中心線的長度就符合要求。（3）擋水壩段抗震分析中最大拉應(yīng)力在規(guī)范要求的允許之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計情況的地震強(qiáng)度時，壩體不會產(chǎn)生破壞，滿足要求。 第二部分設(shè) 計 計 算 書1 擋水壩段的設(shè)計 剖面輪廓及尺寸 壩頂高程的確定 壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程。在劃分單元之前應(yīng)將材料屬性附給壩體和地基。本單元有 4 個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)有 2 個自由度，分別為 x 和 y 方向的平移。它可以模擬混凝土中的加強(qiáng)鋼筋，以及材料的拉裂和壓潰現(xiàn)象。加強(qiáng)材料則只能承受拉壓，不能承受剪切力。2）Z方向幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向尺寸。當(dāng)一個方向的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個方向的尺寸，并且垂直于大尺寸方向的橫截面積總是保持不變形的結(jié)構(gòu)，如大壩壩體可以近似認(rèn)為符合該要求。4）位移只在XY平面內(nèi)發(fā)生。（3）根據(jù)水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范，對于重力壩，反應(yīng)譜代表值為βmax=2,Tg=,其中表達(dá)式為： 注：設(shè)計的基本假定：（4）壩體和壩基連續(xù)，即壩體和壩基之間緊密聯(lián)系在一起；（5）壩基和壩體的材料是均勻的；（6）基巖模型采用線彈性本構(gòu)模型。網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算精度，甚至?xí)驗(yàn)榫W(wǎng)格劃分不合理而導(dǎo)致計算不收斂。在實(shí)際工程計算中，用戶一定要根據(jù)自己的分析目的和問題的性質(zhì)來確定劃分網(wǎng)格的密度控制。單元網(wǎng)格的劃分也是有限元建模過程的一個重要的部分，網(wǎng)格劃分的好壞與否直接影響到計算的精度，在壩趾和壩踵及廊道處的應(yīng)力較大，所以這些地方在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的時候應(yīng)該進(jìn)一步細(xì)化，有兩種方法可行：1）在為模型按統(tǒng)一比例劃分完后，再在現(xiàn)有單元的基礎(chǔ)上選擇應(yīng)力較大的部位再選擇合適的比例進(jìn)一步細(xì)化。2）在劃分面之前先將線不等分化，在應(yīng)力集中處線的分段長度小，反之則劃分長度相對較長。擋水壩段設(shè)計分三種情況，分別是：1）基本組合：設(shè)計洪水位 :荷載有:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力2）特殊組合（1）::荷載有:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力3）特殊組合（2）:正常蓄水位 :荷載有:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+地震荷載注: