世界上最高的拱坝简介.doc

水工建筑物工程介绍

水工建筑物工程介绍

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世界上最高的拱坝简介

——小湾混凝土双曲拱

1工程概况

小湾水电站位于云南省西部澜沧江中游河段，系澜沧江中下游河段规划八个梯级电站中的第二级。小湾水电站是以发电为主，兼有防洪、灌溉和库区水运等综合效益的水利枢纽。总库容151亿m3，有效库容99亿m3，库容系数0.26，属不完全多年调节水库。电站总装机容量4200MW，年发电量189亿kW·h.小湾地区的地震烈度主要受外围与红河断裂、澜沧江断裂和南汀河断裂有关的三个地震危险区地震的影响，其地震基本烈度为Ⅷ度，地面峰值加速度为0.308g.拦河大坝采用混凝土双曲拱坝，最大坝高292m，为目前世界上拟建中的最高拱坝(见图1).泄洪消能建筑物由坝身5个开敞式表孔溢洪道、6个中孔泄水孔、2个放空底孔、左岸2条泄洪洞组成，坝后设水垫塘和二道坝。设计泄洪流量15666m3/s，校核泄洪流量20683m3/s，相应下泄功率46000MW，泄洪消能问题突出，属同类坝型当今世界之最。引水发电系统位于右岸，由竖井式进水口、埋藏式压力管道、地下厂房、主变开关室、尾水调压室和尾水隧洞等建筑物组成。压力管道内径9.6m，地下厂房安装6台700MW混流式水轮发电机组，长326m，宽29.5m，最大高度65.5m.

2拱坝布置

坝址处河谷基本对称，河谷深切呈“V”字型。正常蓄水位处天然河谷宽约720m，天然河谷宽高比为2.74.两岸山体雄厚，高出河面100m以上，为坝高的3～4倍。两岸山坡陡峻，岸坡角左岸35°～45°，右岸40°～42°。大部分地段基岩裸露，河床冲积层厚16～28m.坝基及坝肩抗力体范围内基岩主要为致密的角闪斜长片麻岩和黑云花岗片麻岩。片麻节理走向基本与河流垂直，陡倾角，倾向上游。岩性坚硬，Ⅰ、Ⅱ类岩体湿抗压强度均大于130MPa，变形模量1.5～3.2×104MPa，纵波速一般在4500m/s以上。除有一条Ⅱ级断层F7，位于坝址上游侧穿过枢纽区外，在坝基及抗力体内主要分布有F5、F11、F10、F20四条Ⅲ级断层。根据坝址区地形、地质条件，综合考虑枢纽总布置、拱坝体型、坝肩稳定等诸多因素后，选定小湾拱坝坝轴线位于断层F7与F5之间。在选定的坝轴线位置，上游受F7断层、右岸电站进水口，左岸坝前堆积体的限制，下游受左岸坝后卸荷岩体、右岸F5断层等条件的限制，可供布置拱坝的水平位置有限。经过20余个方案的比选，选定的拱坝位置上游坝踵距F7断层最短水平距约50m，左坝肩抗力岩体基本避开了卸荷岩体，F5断层位于右坝肩下游100～140m、左坝肩下游200m以远。该方案较好地协调了拱坝布置与枢纽总布置以及坝肩稳定条件之间的关系。

拱坝剖面

3拱坝体型设计

3.1体型优化方法及应力控制标准目前国内的拱坝体型优化，通常采用传统的多拱梁法。但对于象小湾这样的高坝，坝体在静力荷载作用下坝踵拉应力和坝趾压应力均较大，而且在动力荷载作用下坝体上部的动力反应也较大。多拱梁法限于对地基的Voget假定，在揭示高拱坝坝踵、坝趾以及顶部拱冠和拱端等关键部位控制性的动静应力状态方面存在一定的局限性。为此，小湾拱坝的体型设计首先采用多拱梁法做方案初选，然后用有限元法进优化。为确保小湾拱坝安全、可靠，在体型设计上遵循留有适当余地的原则，多拱梁法的应力控制标准仍采用现行规范对200m以下拱坝的要求，即：在基本荷载组合工况下，允许主拉应力为1.2MPa，允许主压应力为10MPa.本文运用AUTOLISP语言开发研制了一套复杂图形的数值化处理程序，该程序能够在AUTOCAD和大型结构分析软件环境下交替运行，实现了高效自动剖分具有复杂地形、地质条件的高拱坝整体三维有限元网格。

???用有限元法进行高拱坝体型优化的另一问题是应力控制标准。高拱坝在静力工况下控制性的拉、压应力均位于坝体底部的建基面附近，而这些部位往往是有限元分析中的角缘应力集中区，其最大值随网格的变化而变化，并不是一个定值，特别是拉应力。显然，强调个别点的并不确定的应力数值是没有意义的，有限元的应力控制标准不能以此来定。为研究这一问题，本文分析比较了3个不同的网格模型(沿坝体厚度方向、拱向和梁向分别划分不同的单元)，计算结果表明(见图2)，虽然随着网格的加密，建基面附近的应力集中现象显得十分突出，但其拉应力区和较大压应力区的范围则基本保持不变。据此，在小湾拱坝的有限元法优化中，应力控制标准采用的是控制拉应力区和较大压应力区。

3.2拱坝体型优化在体型优化中只是将地震作用作为一种因素来考虑，而并不将其作为控制条件。对于仍存在的较高动应力问题，采取抗震工程措施来加以解决。此外，由于坝体混凝土浇筑量大、浇筑时间长，维持施工期坝体的稳定也十分重要。因此,在体型优化中同时考虑了控制正常