黄河海勃湾水利枢纽土石坝混凝土防渗墙应力及变形分析

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发布时间：2021-09-17

资料介绍

黄河海勃湾水利枢纽土石坝
混凝土防渗墙应力及变形分析
阮建飞王景涛t 陈海峰z
(1．中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222；
2．天津市宁车沽闸管理所天津 300453)
摘要黄河海勃湾水利枢纽工程位于内蒙古自治区乌海市境内的黄河干流上，是综合防凌、发
电等多项利用的水利枢纽。本文运用平面有限元方法，针对该枢纽土石坝，对不同厚度、
不同弹性模量的混凝土防渗墙进行了应力及变形分析，计算结果为土石坝的安全设计
提供了参考。
关键词防渗墙；有限元；应力及变形；弹性模量
中图分类号："1-V543+．82 文献标识码：B
黄河海勃湾水利枢纽工程位于内蒙古自
治区乌海市境内的黄河干流上，坝址上距石
嘴山水文站50km，下游87km处为已建的内
蒙古三盛公水利枢纽。坝址距乌海市3km，距
自治区首府呼和浩特市约550km。
海勃湾水利枢纽是一项具有防凌、发电
等综合效益的水利枢纽工程，工程为Ⅱ等工
程，工程规模为大(2)型。枢纽主要由土石
坝、泄洪闸、河床式电站等建筑物组成，坝顶
高程1078．7m，水库正常蓄水位1076．0m，水
库总库容4．87亿m ，电站装机四台，总装机
容量90MW。其中土石坝段总长3550．3m，最
大坝高18．2m，防渗采用“粘土心墙+悬挂式
混凝土防渗墙”形式，防渗墙最大深度40m，
顶端嵌入粘土心墙2m。本文通过对土石坝坝
基防渗墙的平面应力及变形分析，从而为合
理选择混凝土防渗墙的形式及设计参数⋯提
供必要的依据。
1基本资料
(1)计算选用完建、正常蓄水位及“正常
蓄水位+地震”三种工况。正常蓄水位
1076．0m，相应下游水位1065．0m。
(2)土石坝属2级建筑物，工程区50年
超越概率10％的地震动峰值加速度为
O．228g，相应地震基本烈度为8度，反映谱特
征周期为0．40s。工程抗震设计烈度为8度。
(3)结构计算分别采用40em、60cm厚
混凝土防渗墙，墙体材料按塑性混凝土和
普通混凝土分别考虑，塑性混凝土弹性模
量采用1000 MPa和1500 MPa，普通混凝土
弹性模量采用17500 MPa。泊松比0．167，容
重24．0 kN／m 。
(4)防渗墙与土体间摩擦系数采用0．15
(考虑泥皮作用)。
(5)不考虑初期施工引起的土体初始位
移场和应力场，但考虑自重产生的附加应力。
(6)计算时忽略坝体的块石护坡、反滤及
垫层，各土层之间采用理想化的平面接触方
式。坝体及坝基土体参数见表1(粘土泊松比
采用0-3，砂性土泊松比采用O．25)，计算典
型断面见图1。
表1
2有限元计算
2．1计算原理
本计算采用((ANSYS结构分析系统》(采用
二维平面实体单元、接触单元)，对坝体结构、
土体结构计算模型进行二维有限元[21弹塑性
应力分析计算。根据地质提供的参数，在进行
弹塑性有限元分析中，土体采用理想弹塑性
本构特性，防渗墙采用线弹性模型。
非线性应力屈服准则选用德鲁克一普