【正文】 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。繪出最大壩高處底孔壩橫剖面圖。繪出最大壩高處當(dāng)水壩橫剖面圖。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及內(nèi)容確定樞紐布置方案，繪出上游或下游立視圖。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。其中K1表示壩體單元的總體剛度矩陣，既受壩體自身剛度的影響，又受基礎(chǔ)約束的影響；K2表示基巖單元的總剛度，主要取決于所考慮的范圍大小及邊界約束條件。 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(shí)，關(guān)鍵是整體剛度矩陣K。因此，在澆筑混凝土?xí)r，需要有嚴(yán)格的溫度控制措施。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(jiǎn)單，并且補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。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。任何形狀的河谷都可以修建重力壩，因?yàn)閴误w作用于地基面上的壓應(yīng)力不高，所以對(duì)地質(zhì)條件的要求也較拱壩低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。 重力壩的特點(diǎn)（1） 結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，安全可靠。一般做成上游面近似垂直的三角形斷面，在壩體和地基接觸面間產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度或摩擦力來抵抗水庫的水推力，以達(dá)到穩(wěn)定的要求；同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的壩體上游側(cè)面的拉應(yīng)力，以滿足壩身強(qiáng)度的要求。 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。乙種洪水：1976年6月（湞江大水）。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(shí)還同時(shí)考慮樂昌峽壩址～樂昌市小區(qū)間的甲、乙兩種洪水組成。 甲種洪水：韶關(guān)與樂昌峽水庫同頻率，樂昌峽～韶關(guān)～灣頭區(qū)間相應(yīng)，以武水為主的洪水組成。資料系列均至2006年。 蒸發(fā)量：多年平均蒸發(fā)量1039mm。濕度：多年平均相對(duì)濕度80％，最大月平均相對(duì)濕度90％（1975年5月）。根據(jù)樂昌市氣象站1959年～2004年資料統(tǒng)計(jì)，主要?dú)庀筇匦匀缦拢簹鉁兀骸?，℃?003年7月23日），℃（1967年1月17日）。本流域具有山地氣候特征。 水文 氣象 武江流域位于五嶺山脈以南，屬東亞季風(fēng)氣候區(qū)。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。66 / 67 第一部分設(shè) 計(jì) 說 明 書1 興旺溝水利樞紐工程基本資料 流域概況樂昌峽水利樞紐位于韶關(guān)市樂昌境內(nèi)、北江支流武江樂昌峽河段內(nèi)，壩址位于興旺溝火車站附近，下距樂昌市約14km，壩址以上集水面積4988km2。武江是北江流域的一級(jí)支流。武江全河長(zhǎng)260km，流域面積7097km2。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。大暴雨發(fā)生的頻率前汛期（4～6月）占67%～69%，后汛期（7～9月）占31%～33%。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）。風(fēng)向、風(fēng)速：，最大風(fēng)速22m/s（1970年8月11日），最多風(fēng)向?yàn)镹NW。 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(zhǎng)壩（湞灣）水文站和北江的韶關(guān)水位站四站為設(shè)計(jì)基本站。 洪水根據(jù)北江上游洪水組成特點(diǎn)，樂昌峽水庫設(shè)計(jì)洪水考慮甲、乙兩種洪水組成。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。典型年選擇：甲種洪水：1994年6月（全流域大水）、2006年7月（武江大水）。 泥沙 ，經(jīng)計(jì)算壩址多年平均輸沙量為 。 水庫特性表 （1）、水庫水位 1）正常蓄水位 2）設(shè)計(jì)洪水位（P=1%） 3）校核洪水位(P=%) 4) 汛期運(yùn)行水位 5）極限死水位 （2）、電站下游尾水位 1）設(shè)計(jì)洪水位 2）校核洪水位 3）正常尾水位 4）最低計(jì)算尾水位 （3）、溢洪道下游水位 1）設(shè)計(jì)洪水位 2）校核洪水位 2 重力壩的工作原理、特點(diǎn)及其荷載 重力壩的工作原理 重力壩是用漿砌石或混凝土材料修筑而成的擋水建筑物。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(gè)獨(dú)立工作的壩段。（2） 重力壩對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。（3）樞紐泄洪問題容易解決。（4）便于施工導(dǎo)流。（5）施工方便。（6）重力壩是大體積混凝土建筑物，施工時(shí)混凝土的水化發(fā)熱和散熱、硬化收縮將引起壩體內(nèi)溫度和收縮應(yīng)力，可能使壩體產(chǎn)生裂縫。 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。對(duì)于一般的水庫大壩，其剛度矩陣應(yīng)該由壩體和基巖等單元?jiǎng)偠染仃嚱M合而成，即K=K1+K2。數(shù)值模擬計(jì)算只能在有限的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，為了減小計(jì)算誤差，必須選取合適的計(jì)算范圍。 重力壩建模參數(shù)1． 壩體：混凝土的彈性模量E=，密度為2400Kg/m3，泊松比為ｖ=，抗拉強(qiáng)度Fc=2． 巖基：彈性模量E=，密度為2700Kg/m3，泊松比為ｖ=。主要建筑物設(shè)計(jì)（1）當(dāng)水壩壩段設(shè)計(jì)：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。（2）底孔壩壩段設(shè)計(jì)：確定底孔壩的基本剖面及輪廓尺寸，進(jìn)行穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算。 壩體細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)：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(jì)。 表41三種壩型比較表類型條件土石壩混凝土重力壩拱壩筑壩材料壩址附近要有土石料場(chǎng)壩址附近要有砂石，礫料場(chǎng)壩址附近要有砂石，礫料場(chǎng)地形條件對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)對(duì)地形，地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。樞紐泄洪問題容易解決。武江水量豐富，水質(zhì)礦化度較低，一般對(duì)混凝土不具有侵蝕作用，唯河水含泥沙量較大，需進(jìn)行沉淀處理，且洪水流量大。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。重力壩剖面尺寸大,因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比土石壩強(qiáng)。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(duì)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。1右岸至左岸依次為擋水壩段、廠房壩段、溢流壩段、擋水壩段2右岸至左岸依次為溢流壩段、廠房壩段、擋水壩段3右岸至左岸依次為擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段通過上述樞紐方案各建筑物的布置設(shè)計(jì)、分析比較，將各樞紐方案特點(diǎn)分述如下：方案1：布置合理，溢流壩段泄流的尾水直接進(jìn)入河道，消能容易解決。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。4 有限元分析方法與ANSYS簡(jiǎn)介 有限元ANSYS簡(jiǎn)介有限元法（Finite Element Method/FEM）又稱有限單元法或有限元素法，是結(jié)構(gòu)分析的一種數(shù)值法，自從1960年柯勞夫（）提出“有限元法”的名稱以來，有限元法的研究工作蓬勃發(fā)展，在工程領(lǐng)域中作用日益增強(qiáng)，已成為分析連續(xù)體力學(xué)問題最新穎和最有效的工具。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(gè)求解域上的近似解。利用計(jì)算機(jī)的便利大大提高了計(jì)算速度，使許多復(fù)雜的工程問題迎刃而解。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。（2） 有限元求解 通過對(duì)模型外部作用力的加載，利用能量最低原理和函數(shù)值定理換成一組線性聯(lián)立方程組，如元素剛度矩陣計(jì)算[K]、系統(tǒng)外力向量的組合{F}、線形代數(shù)方程[K]{U}={F}等，使每組作用力都轉(zhuǎn)換在作用在單元體上的荷載，然后進(jìn)行計(jì)算處理。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。 壩體高度為81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,壩頂寬度取8米。符合上游邊坡:1:0～1:。為此，～、且不小于4～5m處設(shè)置灌漿廊道。廊道寬3m。（2）基巖：彈性模量E=，泊松比為=，密度為2700kg/m3 圖51 擋水壩平面輪廓 基本