金安桥水电站大坝抗震分析和抗震措施设计 3页

第37卷第1期水力发电2011年1月金安桥水电玷大坝抗震分析和抗震措袍设计邓良军，李双宝，吴佘生(中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院．云南昆明650051)摘要：金安桥水电站大坝地震设防烈度高达9度，基岩场地设计水平动峰值加速度为0．399g．大坝抗震分析和抗震措施设计是工程关键性技术NN：~-。采用数值计算法和模型试验法对碾压混凝土大坝进行了全面的动力分析。确定了大坝的抗震薄弱部位，为金安桥水电站大坝设计提供了保证。关键词：碾压混凝土坝；抗震研究；设防烈度；设计水平动加速度峰值；金安桥水电站SeismicAnalysisandDesignforRCCGravityDamofJinanqiaoHydropowerStationDengLiangjun，LiShuangbao，WuYusheng(HydroChinaKunmingEngineeringCorporation，Kunming650051，Yunnan，China)Abstract：ThedesignseismicintensityforJin'anqiaoRCCgravitydamisupto9degree，andthedesignpeakvalueofhorizontalaccelerationintherockbaseareaisO．399g．TheseismicanalysisanddesignisakeyengineeringforJin'anqiaoProject．Thecomprehensivedynamicanalysesareconductedtodeterminetheweakzonesindambynumericalcalculationmethodandmodeltest．Theresultsprovideaguaranteetodamdesign．KeyWords：RCCdam；seismicresearch；designseismicintensity；designpeakvalueofhorizontalacceleration；Jin'anqiaoHydropowerStation中图分类号：TV642．2(274)；TV313文献标识码：A文章编号：0559—9342(2011)01-0026-03所对场地地震安全性评价成果，枢纽地震基本烈度1工程简介达Ⅷ度．大坝地震设防烈度高达9度。50年超越概金安桥水电站位于云南省丽江地区，是金沙江率5％和100年超越概率2％的基岩场地设计水平动中游河段规划的“一库八级”中的第五级水电站，加速度峰值分别为0．246g和0．399g。也是金沙江中游率先开发的水电站。枢纽建筑物主近年来碾压混凝土重力坝在国内发展很快，但要由碾压混凝土重力坝、右岸溢洪道、右岸泄洪冲是在如此强地震地区修筑高碾压混凝土重力坝在国沙底孔、左岸冲沙底孔、坝后厂房及进厂交通洞等内尚属首次。高碾压混凝土重力坝的抗震设计是金组成。碾压混凝土重力坝最大坝高160In，下游坝安桥水电站设计中最关键的技术问题，必须对其抗坡1：0．75．上游面1330m高程以下按1：0-3贴坡。震安全性评价和抗震措施进行专题研究，以保证大电站总装机规模4x600Mw，单独运行时保证出力坝抗震安全评价可靠，抗震措施经济合理。473．7MW．年发电量l10．43亿kW·h。3碾压混凝土重力坝抗震分析研究2区域地质构造和场地地震安全性评价昆明勘测设计研究院和各协作单位采用有限元金安桥水电站位于扬子准地台西部边缘的丽江数值分析和模型试验研究等方法，对金安桥水电站台缘褶皱带内，地处青藏高原东南侧滇西北新构造运动强烈活动部位，枢纽区岩层呈单斜构造。这一收稿日期：2010一l】一O8地区工程地质环境条件复杂，河谷深切，岸坡陡竣，作者简介：邓良军(1977一)，男，云南昆明人，高级工程师，硕地表动力地质作用强烈。根据国家地震局地质研究士．主要从事水T设计T作．n弟37吞弟1只}jlj艮牛，号：五【文竹r／．K电八饥屣刀1个u饥辰目议L碾压混凝土大坝从单个坝段、关键坝段群、整体大加．位移的数值明显增大，5号和8号坝段坝顶正坝等3个层次进行了深入分析，对坝体的强度和抗向位移最大值分别为6．30om和7．01cm。蛳伽蜘渤啪湖脚姗锄伽姗脚姗滑稳定性进行了复核，并对大坝遇超设计地震条件3．1．3应力分析的破坏模式和极限抗震能力进行了分析研究。设计地震工况下静载+谱分析叠加后坝体主拉应3．1平面有限元分析力分布见图3。地震荷载作用下坝踵、坝体上下游3．1．1坝体动力放大系数折坡点等部位产生应力集中，拉应力的数值较大。典型坝段水平加速度和竖向加速度动力放大系其余部位应力分布较均匀。数沿高程分布见图1。分析结果表明，各坝段动力加速度沿坝高逐步放大，5号岸坡坝段和8号河中厂房坝段坝顶水平向动力放大系数分别为3．42和3．85．坝顶竖向动力放大系数分别为2．40和2．65。目＼a5号岸坡坝段b8号洞中J房坝段l垣图3静载+设计地震谱分析坝体主拉应力分布(单位：MPa)设计地震作用主要在坝体上下游表面产生较大动力放大系数的动力响应，上游直坡面的拉应力一般为2．0～2．80MPa，下游坡面拉应力数值也超过2．0MPa，从应力分布图上可以看出，应力等值线近似平行于上下游目＼坝面。坝体上下游表面的拉应力较大，而坝体内部掣褪的应力数值较小，因此，采取在坝体表面配置抗震钢筋等措施来改善坝体的抗震性能是合理的3．2整体有限元分析动力放大系数为研究大坝整体的动力特性，进行了大坝整体b竖向加速度的j维动力有限元分析，其模型见图4图1典型坝段水平和竖向加速度动力放大系数沿高程分布3．1．2位移分析设计地震工况下静载与谱分析叠加后顺河向水平位移分布见图2。图4大坝整体三维模型8号坝段在不同荷载作用下的坝体应力、位移三维整体线弹性计算与二维模型计算结果见表1。表18号坝段坝体应力、位移最大值计算结果a5号岸坡坝段b8号河中厂房坝段图2静载+设计地震谱分析水平位移分布f单位：CIII1静力作用下，坝体水平向位移等值线基本沿水平向呈层状分布，在坝顶达到最大值，5号和8号坝段的坝顶顺河向水平位移分别为2．53cm和2．43CITI。静力作用与设计地震作用叠加后，水平向位移仍基本呈水平层状分布，位移值随坝高的增加而增将整个大坝作为一个整体，因而产生了“拱效n2011年1月应”。在“拱效应”的影响下，各典型断面的应力、(3)设置坝前防渗结构。由于地震条件下上游位移与二维模型相比都显著变小。静荷载作用下整坝面尤其是坝踵区会产生裂缝，影响大坝上游面体位于中间坝段的部分上游面产生一定的压应力．的防渗设施，故在坝前设置了补充防渗结构。坝前与坝踵处的拉应力相抵消，而位于相对靠近坝肩部1300．0m高程以下沿坝面依次回填粘土、过渡料及位的断面则影响较小。石渣。3．3模型试验研究(4)优化大坝体形。设计中对大坝体形进行了对金安桥大坝各典型坝段进行动力破坏模型试优化，尽可能减少体形突变，可能时在体形转折处验研究，以确定大坝在强震作用下裂缝的形成过程尽量采用圆弧连接等方式。此外，还优化了坝体混以及相应的地震动输入加速度，并记录、分析大坝凝土分区，合理提高局部应力集中区的混凝土标的破坏过程号，同时避免因分区变化而使坝体产生较大的刚度3．3．1坝体破坏模式突变。试验表明，随着输入加速度的增加．各典型坝(5)减轻坝顶重力也是较为有效的抗震措施之一段开始出现裂缝，起裂位置均发生在坝头部位。基。金安桥大坝努力采用轻型结构，优化坝顶结构，本裂缝走势有两种：一种是先在坝头下游面出现裂尽量减小坝体因交通而布置的悬挑结构的尺寸。缝，然后向上游面发展直至贯穿坝头：另一种是坝(6)坝体分缝及止水措施。坝体横缝采用切头上下游裂缝同时发展直至贯穿。期间也间或伴有缝的方式成缝，每浇筑层的2／3深度切缝填无纺坝踵、坝趾等处裂缝的发展，但起裂的主要控制部布．切缝具有诱导缝的性质，满足温控要求的同位在坝头部位时增强了大坝的整体性．提高了坝体的抗震性能。3．3．2坝体极限抗震能力大坝横缝设置有2道铜片止水，1道橡胶止水，试验显示．各典型坝段输入设计地震水平动铜片止水的极限拉伸值约为9cm，有很强的变形峰值加速度为0．399g时，坝体没有出现裂缝，表适应能力。明大坝有一定的安全裕度。11号和8号坝段完全破5结论坏失效时的输入加速度数值均较大，分别为1．63g和1．30g。通过对金安桥水电站碾压混凝土重力坝进行计算分析和模型试验研究，可以得到如下主要结论：4大坝抗震措施(1)地震作用主要在坝体上下游表面产生较大的动力响应，应力等值线近似平行于上下游坝面。根据研究成果并经国内专家咨询，金安桥大坝坝体上下游表面的拉应力较大，而坝体内部的应力确定了以配置抗震钢筋为主、其他措施为辅的抗震数值较小。加固处理方案。(2)主要典型坝段的基本体形可以满足抗震规(1)配置抗震钢筋。抗震钢筋不能阻止裂缝范要求，但坝体局部需进行加固处理。的发生，但在一定程度上可以起到减小裂缝宽度(3)模型试验表明，在设计地震幅值输入下，及限制裂缝发展的作用。配筋在提高大坝抵抗整只会在坝头部位出现裂缝，但不会贯穿坝体，在设体破坏的能力上具有一定作用，尤其在主震后遇计地震加速度情况下，大坝满足抗震要求。有较强余震发生时，对提高大坝的整体抗震能力(4)坝体主要抗震薄弱部位是坝踵、坝趾、上是有利的。依据数值分析和动力模型试验，确定游折坡点和下游坝体中上部等，地震荷载作用下产的大坝抗震钢筋配置方案为：大坝上游面二级配生应力集中，是抗震加固的重点部位。经局部采取碾压混凝土防渗层需严格控制裂缝的发展，全坝面抗震措施后，大坝整体是安全稳定的。布置一排4,28mm@200mm的三级钢筋；大坝的坝踵、上游起坡点、上下游坝头等体形变化部位为坝(责任编辑常青)体抗震薄弱环节，布置两排028mm@200mm的三级钢筋。(2)固结灌浆孑L设锚筋。为了提高坝体抗滑稳定性，尤其是为保证坝体在地震工况下的整体稳定性，改善坝基岩体受力条件，决定在4～16号坝段坝基固结灌浆孑L内插入锚筋。锚筋在固结灌浆结束封孔时插入．深入基岩6m，深入坝体混凝土3111。困WalerPouel"Vo1．37No．，