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永善縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站2009年全面對(duì)溪洛渡電站展開全面監(jiān)測(cè)[合集]-資料下載頁

2024-11-05 00:24本頁面
  

【正文】 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姆瓷渥饔茫哟罅斯皦蝿?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,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,水庫庫容系數(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 國內(nèi)外部分高拱壩樞紐泄洪功率比較序號(hào) 工程名稱 國家 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 278 205 52300 10000 枯水期 70~110 率武巖 2 二灘樞紐 中國 240 23900 39000 80~100 正長巖 1998年 3 二灘壩身 中國 240 16300 26500 80~100 正長巖 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 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 151 100 2780 20700 120 石灰?guī)r 1997年 13 東風(fēng) 中國 173 110 14200 15000 50 石灰?guī)r 1994年 14 李家峽 中國 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?!?5176。,420m以上則為55176?!?5176。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水墊塘長度;b1b2水墊塘頂?shù)讓挘籘水墊塘水深。為研究水墊塘內(nèi)的水流特性,專門制作了樞紐整體模型,并開展了反拱型水墊塘底板的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的試驗(yàn)研 究,得出以下結(jié)論:①反拱型水墊塘的流態(tài)與平底板水墊塘沒有本質(zhì)的區(qū)別,壩身多股射流,在水墊塘內(nèi)形成復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu),塘內(nèi)水流紊動(dòng)和混摻劇烈,消能比較充分。采用先進(jìn)的測(cè)試手段,細(xì)致地分析了水墊塘復(fù)雜的三元流動(dòng)結(jié)構(gòu),按照不同的受力情況對(duì)水墊塘各部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Wo(hù),可以保證工程的安全運(yùn)行。②反拱型底板的受力特性與平底板不同。平底板塊以升浮穩(wěn)定為控制條件,其抗力主要是單塊的自重和錨固力,一旦止水破壞,抽排系統(tǒng)失效,動(dòng)水壓力沿裂縫傳到板塊底部,對(duì)底板穩(wěn)定形成直接危險(xiǎn),特別是水墊塘動(dòng)水壓力較大的水舌入水區(qū),容易產(chǎn)生底板塊失穩(wěn)。反拱型水墊塘底板,當(dāng)動(dòng)水壓力產(chǎn)生的上舉力超過底板塊自重時(shí),底板塊間形成拱,靠拱端產(chǎn)生的推力來維持其穩(wěn)定。反拱型底板在上舉力作用下產(chǎn)生的推力在摩擦力和錨筋剪切的力的耗損下傳至拱底,因此拱端產(chǎn)生的推力不會(huì)很大,拱座容易保持穩(wěn)定。③反拱各底板塊上舉力相關(guān)性差,各單塊底板穩(wěn)定失穩(wěn)受相鄰兩塊底板制約大,從而保證了各單塊底板有足夠大的穩(wěn)定性;反拱型底板較之平底板有更大的安全度,在模型上不設(shè)抽排和止水措施,也末見底板塊發(fā)生失穩(wěn)。(3)大泄量的“龍落尾”泄洪隧洞溪洛渡工程40%的泄量山兩岸多條泄洪洞負(fù)擔(dān),單洞泄量高達(dá)4 000m3/s。泄洪隧洞分流后可減輕壩下消能防沖的負(fù)擔(dān)和泄洪霧化的影響,增大樞紐泄洪設(shè)施運(yùn)行的靈活性利可靠性。,汛期庫水位基本上要維持在560m運(yùn)行,汛期泄洪設(shè)備主要為泄洪洞和壩身深孔。泄洪洞加上部分機(jī)組運(yùn)行可以宣泄常年洪水。因此,對(duì)泄洪洞的安全運(yùn)行要求頗高。根據(jù)樞紐布置,~,平面上布置要轉(zhuǎn)彎,泄洪洞水頭高,反弧段流速達(dá)45m/s以上。在總結(jié)國內(nèi)外大型泄洪洞設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出進(jìn)口為有壓段,后經(jīng)地下工作閘門室接無壓洞,無壓洞洞內(nèi)“龍落尾”型式,將總能量的80%左右集中在尾部占全洞洞長的15%的洞段之內(nèi)。泄洪隧洞洞內(nèi)流速大多控制在25m/s左右,僅在龍落尾段流速才由25m/s增加至反弧段末端的45m/s。這種布置型式的優(yōu)點(diǎn):絕大多數(shù)洞段由于流速低,不致產(chǎn)生空化空蝕,襯砌要求低;高速水流集中,減少襯砌工程量,增加了洞身運(yùn)行的安全度。由于出口水流流速較大,挑射水舌能挑至主河床,水流歸槽條件好;加之高流速無壓段短且與大氣連通條件好,水流表層自摻氣充分,提高了水流的空化數(shù),增加高流 速段抗空化空蝕能力。(4)將一條導(dǎo)流洞改建為泄洪洞溪洛渡電站采用全年斷流圍堰隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式,左布岸各設(shè)3條18mX20m導(dǎo)流隧洞。其中左右岸各2條導(dǎo)流洞擬與廠房尾水洞相結(jié)合,將剩下的2條中的1條改建為泄洪隧洞。山于水頭高(約200m)、泄量大(3000m3/s)、技術(shù)難度大,在“八五”、九五”攻關(guān)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了多種體型的對(duì)比試驗(yàn),深入研究改建中存在的關(guān)鍵技術(shù)難題,提出采用豎井旋流與孔板消能整流相結(jié)合的消能方式和豎井與洞塞相站合消能的方式,并經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證,消能率達(dá)90%,洞內(nèi)流速控制在25m/s左右,這兩種改建方式都是可行的。由于導(dǎo)流洞結(jié)合段內(nèi)流速低、壓力小,在結(jié)構(gòu)
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