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四川建筑科学研究第41卷第1期

122SichuanBuildingScience2015年2月

水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析

朱晓琳1,王潘绣2,祁潇

(1.河海大学土木与交通学院，江苏南京210098;2.金陵科技学院建筑工程学院，江苏南京211169)

摘要：采用材料力学法对某发电站泄洪闸闸室结构进行4种不同工况下强度和稳定计算，同时利用有限元分析法进行复核，使用大型通用软件ANSYS进行分析，对泄洪闸闸室结构进行稳定性安全评定。结果表明，泄洪闸闸室结构设计合理，闸基面应力状态、抗滑及抗浮稳定性均满足规范要求。对泄洪闸闸室结构的安全问题进行了系统的研究，得出了一些有价值的成果，可供其他类似工程参考。

关键词：泄洪闸；材料力学法；有限元分析；强度；稳定性

中图分类号：TV662.1文献标志码：B文章编号：1008-1933(2015)01-122-04

1工程概况

某水电站工程规模为IV等小(1)型1,泄洪闸为主体建筑物之一，为IV级建筑物，地震设计烈度为V度。泄洪闸主要用来宣泄洪水，在其运行过程中，可能出现闸基的稳定、渗漏和闸体本身的强度问题，对于这些工程安全问题，必须对其进行安全监测与评定。

该泄洪闸布置在河床左侧，由闸室段和消能区段组成，闸底板高程2405m,共分为两孔，孔高9m,孔宽8m,泄流前沿总宽19m,以3m厚中墩隔开，闸底板为平底。设一道工作弧门，孔口尺寸8m×9m,设计最大泄量1989m3/s,下游采用底流消力池消能。工作门前设一道检修闸门，为平面闸门，孔口尺寸8m×10m。水闸主体部分闸室为普通钢筋混凝土结构，结构受力复杂，本文将着力对不同工况下的闸室进行稳定性验算，包括闸室基底应力、抗滑稳定以及抗浮稳定验算，以确保泄洪闸结构的安全运用。

2泄洪闸闸室结构的分析方法

2.1材料力学法

材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较成熟的应力控制标准，目前仍被普遍采用，适应于地质比较简单的水闸。依据SL265—2001《水闸设计规范》1],使用材料力学法对闸室验算其基底应力、抗滑稳定以及抗浮稳定。按照下式进行闸基应力计

收稿日期：2014-01-16

作者简介：朱晓琳(1991-),女，硕士研究生，研究方向为混凝土微观结构。

E-mail:602283496@

算：

(1)

式中Pmin——闸室基底应力的最大值或最小值；∑G——作用于闸室结构上全部竖向荷载；ZM——作用于闸室结构上全部荷载对基

底面形心轴的力距；A——闸室基底面的面积；

W——闸室基底面对其形心轴的抵抗矩。按照下式进行闸基抗滑稳定验算：

(2)

式中K。——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f——滑动面上的抗剪断摩擦系数，可按

《水闸设计规范》取值；c——抗剪断粘结力；

ZP——作用于闸室结构上全部水平荷载。按照下式进行泄洪闸抗浮稳定验算：

(3)

式中K——闸室抗浮稳定安全系数；

Σv——作用在闸室上全部向下的铅直力之和；

ZU——作用在闸室上全部向下的扬压力。

按SL265—2001《水闸设计规范》要求，在各种计算情况下，对于岩基上闸室，(1)式最大基底应力不大于地基允许承载力；在非地震情况下，闸室基底不出现拉应力；在地震情况下，闸室基底拉应力不大于0.1MPa;(2)式沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于规范规定的允许值，闸室抗浮稳定安全系数不小于规范规定的允许值，见表1。

2015No.1朱晓琳，等：水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析123

表1闸室基底抗滑及抗浮稳定安全系数允许值

项目

抗滑稳定[K]

抗浮稳定[K]

基本组合I(正常蓄水位)

1.05

1.10

基本组合Ⅱ(设计洪水位)

1.05

1.10

特殊组合I(校核洪水水位)

1.00

1.05

特殊组合Ⅱ(正常蓄水位+VⅢ度地震)

1.00

1.05

2.2有限元分析法

有限单元法[2]建立于有限元方程的变分原理或加权余量法上，适用性强且应用范围广，能成功地分析具有复杂边界条件、非线性、非均质材料、动力学、热传导、电磁