手机版 | 登陆 | 注册 | 留言 | 设首页 | 加收藏
当前位置: 网站首页 > 论文中心 > 电力信息 > 文章 当前位置: 电力信息 > 文章

高拱坝分叉型河道库盘有限元模型变形规律分析

时间:2020-09-27    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大


高拱坝分叉型河道库盘有限元模型变形规律分析
陈 晨
S
王 文 芬
S
陈 平 龙 2
( 1 . 江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 建 筑 设 备 与 市 政 工 程 学 院 ,江 苏 徐 州 221116;
2 .江 苏 省 徐 州 市 水 务 局 ,江 苏 徐 州 221000 )
摘 要 :针 对 高 拱 坝 库 大 坝 高 库 盘 变 形 必 然 会 对 坝 体 变 形 产 生 影 响 ,利 用 有 限 元 方 法 ,通过建立
高 拱 坝 分 叉 型 河 道 库 盘 有 限 元 模 型 ,并 采 用 数 值 分 析 方 法 研 究 分 叉 型 河 道 库 盘 变 形 规 律 ,最终确
定合理的建模范围 :上 游 范 围 6 k m 、下 游 范 围 3 k m 、两 岸 宽 度 3 k m 、地 基 深 度 6 k m
,
并明确了库盘
变形的一般性因素.
关键 词 :分叉型河道;库 盘 ;变形规律;有限元模型
中图分类号:T V 642. 4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :2095 - 3550(2017)03 - 0043 - 04
Analysis on deformation regularity of high arch dam
bifurcated channel reservoir basin by finite element model
C H E N Chen
1
,W AN G Wenfen
1
,C H E N Pinglon
g 2
(1. School of Construction Equipm ent and M unicipal E n g in e e rin g,Jian gsu V o catio n al Institute
of A rch itectu ral T e ch n o lo g y,X u zh o u,Jian gsu 221116 , C hina ; 2. Jian gsu X uzhou W ater A u th o r
it y , X u zh o u,Jian gsu 221000 , C hina )
Abstract : H igh arch dam reservoir basin deform ation w ill inevitably impact on the deform ation of
dam. B y using the finite elem ent m ethod,we establish the finite elem ent model of high arch dam
bifurcated channel reservoir. N um erical analysis method is used to analyze the deform ation regu
larity of bifurcated channel reservoir. F in a lly,we determ ine a reasonable range of m od el: the up
stream range is 6 k m , the dow nstream range is 3 k m , the width of the two sides is 3 k m ,the
foundation depth is 6 k m ,and the general factors of L ib rary deform ation are clear.
Key words: bifurcated channel; reservoir b asin ; deform ation re g u la rity; finite elem ent model
常 规 的 高 拱 坝 工 作 性 态 分 析 研 究 中 ,忽略了库
盘 变 形 的 影 响 . 但 在 实 际 工 作 中 ,工 程 师 们 往 往 发
收 稿 日 期 :2017 07 10
基 金 项 目 :江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 课 题 :基 于 蜂 群 算 法 的 水 闸 安
全 监 控 模 型 研 究 (JY A 315 09 )
作 者 简 介 :陈 晨 ,江 苏 徐 州 人 ,讲 师 ,博 士 ,主 要 研 究 方 向 为 水
工结构工程专业.
E - ma il: chenchen0 5 1 0 @ qq. com
现 坝 体 变 形 的 数 值 计 算 成 果 与 监 测 数 据 差 异 很 大 ,
也 有 一 些 工 程 在 蓄 水 阶 段 的 监 测 资 料 表 明 :在库水
位 、温 度 和 库 盘 变 形 以 及 坝 体 特 定 结 构 作 用 下 ,坝
体有向上游倾倒的变形现象.高拱坝库大坝高库盘
变 形 必 然 会 对 坝 体 变 形 产 生 影 响 ,但 是 库 盘 的 变 形
规律并不 明 确 [12].此 外 ,影 响 高 拱 坝 库 盘 变 形 的 因
素 还 有 地 形 地 质 条 件 、库 盘 形 式 及 影 响 范 围 ,以及
近坝区坝体结构等.因此需要针对不同河道形式库
盘变形规律进行研究.暋4
江苏建筑职业技术学院学报
第 1 7 卷
目 前 常 见 的 库 盘 河 道 形 式 有 直 线 型 河 道 、
拐 弯 型 河 道 、坝 前 直 线 段 的 分 叉 型 河 道 (如小
湾 )、坝 前 河 道 突 变 宽 后 的 河 道 (如 龙 羊 峡 )等.
本 文 以 小 湾 高 拱 坝 为 近 坝 区 建 模 原 型 ,建 立 高
拱 坝 分 叉 型 河 道 库 盘 大 范 围 有 限 元 模 型 ,研究
不 同 库 盘 范 围 (深 度 、长 度 )、库 水 位 等 影 响 因
素 ,分 析 库 盘 范 围 及 库 水 压 力 对 库 盘 变 形 的 影
响 ,明 确 影 响 高 拱 坝 库 盘 变 形 变 化 规 律 的 一 般
性 因 素 .为 此 后 具 体 幵 展 库 盘 变 形 研 究 提 供 指
导 ,也 为 研 究 库 盘 变 形 对 大 坝 工 作 性 态 影 响 提
供 理 论 依 据 和 技 术 支 撑 [3].
1 有 限 元 模 型 的 建 立
为了充分研究高拱坝分叉型河道库盘变形
规 律 ,首 先 建 立 分 叉 型 河 道 库 盘 大 范 围 . 有 限 元
模 型 如 图 1 所 示 :坝 上 游 取 30 k m ,坝 下 游 取
10 k m ,坝 两 岸 取 10 k m ,坝 基 础 深 度 取 10 k m ;
坝 高 300 m .
(a )整體型
表 1
分叉型河道有限元模型剖分尺寸
Tab. 1 Bifurcated channel finite elementmodel subdivision size
序 工 程
号 部 位
模型剖分尺寸
河 床 坝 段 坝 高 为 300 m 、剖 分 6 层 ,河 床 坝 段 坝 顶 厚
1
坝 体 约 为 1 2 2 m 、剖 分 2 层 ,河 床 坝 段 坝 底 厚 约 为
74. 2 m 、剖 分 2 层
2 k m 范 围 内 每 73〜 123 m 1 层 单 元 ,〜 5 k m 范围内每
2 上游 194〜 300 m 1 层 单 元 ,〜 10 k m 范 围 内 每 330〜 650 m
1 层 单 元 ,10〜 30 k m 范 围 内 每 1 000 m1 层单元
1 k m 范 围 内 100 m 1 层 单 元 ,1 〜 3 k m 范围内每
3 下游 200 m 1 层 单 元 ,3 〜 4 k m 范 围 内 每 250 m 1 层单
元 ,4〜 5 k m 范 围 内 每 5 0 0 m 1 层 单 元 ,5〜 10 k m 范
围内每1 000 m 1 层单元
1 k m 范 围 内 每 200 m 1 层 单 元 ,1 〜 2 k m 范围内每
4 左 右 岸 330 m 1 层 单 元 ,2〜 3 k m 范 围 内 每 500 m 1 层 单 元 ,
3〜 10 k m 范围内每1 000 m 1 层单元
225 m 范 围 内 每 45 m 1 层 单 元 ,2 2 5m 〜 1 000 m 范
, 围 内 每 100 m 1 层 单 元 ,1 〜 2 k m 范 围 内 每 200 m
5 基岩
_ _
1 层 单 元 ,2〜 3 k m 范 围 内 每 333 m 1 层 单 元 ,3 〜
10 k m 范围内1 000 m 1 层单元
2 计算工况的选取
高拱坝分叉型河道库盘有限元模型重点模拟库
盘的宽度、深度及上游河道长度引起的对库盘变形的
影 响 ,同时考虑库盘往下游延伸不同长度情况对库盘
变形的影响 .并且通过计算不同水位工况下,高拱坝
分叉型河道库盘型式及库盘范围情况下,研究水库水
压对库盘变形的影响 .为研究不同的库盘基础深度、
不同的坝下游河道长度、不 同 的 坝 两 岸 边 界 范 围 、不
同的坝上游河道长度以及不同坝前水位作用下的分
叉型河道库盘变形变化规律,在分叉型河道库盘有限
元模型计算中,假定某单一因素改变、其 他 因素不变,
据此幵展研究.分叉型河道库盘有限元模型共进行了
4 9 组 工 况计算,具体计算工况如下:
图 1
有限元模型
Fig. 1 Finite element model
利 用 H y p e r m e s h 软 件 进 行 有 限 元 模 型 建
模 [4],模 型 中 坐 标 系 选 取 X 轴垂直于拱坝中心
线 ,指 向 左 岸 为 正 ;
Y 轴 平 行 于 拱 坝 中 心 线 ,指
向上游为正;
Z 轴以竖直向上方向为正 .分叉型
河道库盘有限元模型主要采用六面体八节点等
参 单 元 ,部 分 区 域 采 用 五 面 体 六 节 点 等 参 单 元 .
统 计 得 出 分 叉 型 河 道 库 盘 模 型 共 有 221 7 4 4 个
单 元 ,233 9 0 2 个 节 点 ,其 中 坝 体 1 4 4 个 单 元 ,
2 5 2个 节 点 .分 叉 型 河 道 库 盘 有 限 元 模 型 详 细
剖 分 尺 寸 见 表 1.
1) 工 况 I 型 (1 0 组 ).上 游 30 k m ,下 游 10 k m ,
两 岸 10 k m ,地 基 深 度 1〜 10 k m ,坝 前 水 深 295 m .
2) 工况栻型(1 0 组 ).上 游 30 k m ,下 游 1〜 10 k m ,
两 岸 10 k m ,地 基 深 度 10 k m ,坝 前 水 深 295 m.
3) 工 况 栿 型 (1 0 组 ).上 游 30 k m ,下 游 10 k m ,
两 岸 1〜 10 k m ,地 基 深 度 10 k m ,坝 前 水 深 295 m .
4 ) 工 况 桇 型 (1 1 组 ). 上 游 2 k m 、3. 85 k m 、
5 k m 、5. 83 k m 、6. 85 k m 、8. 24 k m 、10 k m 、15 k m 、
20 k m 、25 k m 、30 k m ,下游 10 k m ,两岸 10 k m ,地基
深 度 10 k m ,坝 前 水 深 295 m .
5) 工 况 桋 型 (8 组 ).上 游 30 k m ,下 游 10 k m ,两
岸 10 k m ,地 基 深 度 10 k m ,坝 前 水 深 65 m 、115 m 、
165 m 、215 m 、235 m 、255 m 、275 m 、295 m .第 3 期
陈 晨 ,等 : 高 拱 坝 分 叉 型 河 道 库 盘 有 限 元 模 型 变 形 规 律 分 析
暋5
3 典型点的选取
对分叉型河道库盘有限元模型,选取拱冠梁坝踵、
坝趾沉降位移,拱冠梁坝顶上游侧向上游位移,和距坝
上 游 约 1 4 k m 的沉降位移等4 个典型点的计算位移
值来研究分叉型河道库盘变形变化规律,如 图 2 所示.
图 2
分叉型河道典型点位置示意
Fig. 2 Bifurcated channel typical location schematic diagram
4 典型点变形分析
库 盘 的 变 形 受 到 库 盘 范 围 的 影 响 ,以库盘不同
上 游 河 道 长 度 对 坝 体 变 形 的 影 响 为 例 ,对上述工况
桇 型 进 行 计 算 ,计 算 结 果 见 表 2.
采 用 相 同 方 法 研 究 不 同 坝 两 岸 边 界 范 围 、不同
的 坝 下 游 河 道 长 度 、不 同 的 地 基 深 度 以 及 不 同 坝 前
水 位 作 用 下 典 型 特 征 点 位 移 ,运 用 M a r c计算得到
突扩型河道库盘最大范围有限元模型沉降位移等
值 云 图 ,如 图 3 所 示 . 地 基 深 度 分 别 为 1 k m 、10 km
时 坝 体 顺 河 向 位 移 等 值 云 图 ,如 4 所示.
表 2
典型点位移值
Tab. 2 Typical point displacement values
上 游 河 道 长 度 /
km
坝 趾 沉 降 /
m m
坝 踵 沉 降 /
m m
坝 上 游 岸 坡 点 沉 降 /
m m
拱 冠 梁 向 上 游 位 移 /
m m
2
61.61
76.86
50.05
40.16
3. 85
70. 64
86.47
80.43
47.00
5
72. 58
88.50
84.85
48.83
5. 83
73. 57
89.53
86.77
49.77
6. 85
74. 28
90.26
88.03
50.46
8.24
74. 90
90.90
89.09
51.10
10
75.34
91.35
89.84
51.61
15
75.65
91.67
90.46
52.15
20
75.65
91.66
90.52
52.25
25
75.65
91.66
90.51
52.30
30
75.64
91.65
90.50
52.31
图 3
地基深度 10 k m 沉 降 位 移 等 值 云 图 (竖 直 向 上 为 正 )
Fig. 3 Subsidence displacement equivalent cloud at
10 km foundation depth46
江苏建筑职业技术学院学报
第 1 7 卷
图 4
坝 体 顺 河 向 位 移 等 值 云 图 (向 上 游 为 正 )
Fig. 4 Displacement equivalent cloud toward river of dam body
1) 从 表 2 可 见 ,随 着 上 游 范 围 的 增 加 ,4 个典型
点 的 位 移 值 增 大 ,但 收 敛 都 很 快 ;当 以
试 +\一 ^ ) 曑 〇. 0 2 作 为 收 敛 判 据 ,可以判断上游
毮,
达 到 约 6 k m 时 ,4 个典型点位移值获得收敛 .
2 ) 随 着 地 基 深 度 的 增 加 ,4 个 典 型 点 的 位 移 值
增 大 ,但 有 收 敛 的 趋 势 ,这 是 变 形 模 量 随 着 地 基 深
度 的 增 加 而 增 大 ,但 变 模 没 有 达 到 无 穷 大 的 原 因 .
可 以 判 断 地 基 达 到 6 k m 时 ,4 个典型点位移值获得
收敛.
3 ) 随 着 下 游 范 围 的 增 加 ,3 个 典 型 沉 降 位 移 点
位 移 值 增 加 不 大 ,收 敛 很 快 ;拱 冠 梁 向 上 游 位 移 值
增 大 ,收 敛 速 度 稍 慢 .可 以 判 断 下 游 达 到 3 k m 时 ,4
个典型点位移值获得收敛.
4 ) 随 着 两 岸 范 围 的 增 加 ,3 个 典 型 沉 降 位 移 点
位 移 值 增 加 不 大 ,收 敛 很 快 ;拱 冠 梁 向 上 游 位 移 值
增 大 ,收 敛 速 度 稍 慢 .可 以 判 断 两 岸 达 到 3 k m 时 ,4
个典型点位移值获得收敛.
5 ) 随 着 坝 前 水 深 的 增 加 ,3 个典型沉降位移点
位 移 值 增 大 速 度 较 快 ,拱 冠 梁 向 上 游 位 移 值 增 大 速
度稍慢.
6)随 着 地 基 深 度 的 增 加 ,坝 体 顺 河 向 最 大 变 形
由 1 / 4 拱 梁 坝 顶 向 拱 冠 梁 坝 顶 转 移 ,同时在地基深
度 为 0. 3 k m 时 ,拱 冠 梁 顺 河 向 变 形 最 大 值 是 在 梁
中 上 部 ,而不是在坝顶.
5 结论
1) 通过分析可以确定所模拟的高拱坝分叉型
河 道 库 盘 合 理 的 建 模 范 围 ,上 游 范 围 6 k m ,下游范
围 3 k m ,两 岸 宽 度 3 k m ,地 基 深 度 6 km .
2) 通 过 研 究 虽 然 明 确 了 影 响 库 盘 变 形 的 一
般 性 因 素 ,但 高 拱 坝 库 盘 变 形 是 多 影 响 因 素 作 用
下 的 复 杂 问 题 ,各 影 响 因 素 对 高 拱 坝 库 盘 变 形 的
贡献和重要性不尽相同 .此后需要从主客观赋权
方 法 出 发 ,开 展 高 拱 坝 库 盘 变 形 影 响 因 素 的 权 重
研究.
3) 对 高 坝 大 库 而 言 ,库 盘 变 形 对 坝 体 的 影 响 是
客观存在的 ,通过建立高拱坝分叉型河道库盘有限
元模型 ,利 用 数 值 分 析 方 法 明 确 库 盘 变 形 的 规 律 ,
为此后研究库盘变形对大坝变形性态影响分析奠
定了基础.
参考文献:
[ ] 杜小凯,王民浩,党林才,等.高拱坝库盘变形及对大
坝工作性态影响初探[].水力发电,2016,42(1):0
44.
[ ] 顾冲时,吴中如.大坝与坝基安全监控理论和方法及
其应用[M].南京:河海大学出版社,2006:182 187.
[ ] 陈晨,王文芬,陈平龙.基于库盘变形的高混凝土拱坝
变形分析方法研究[ ] . 人民长江,2015,46(23) 42
45.
[ ] 姜铁良,刘晶石 .基于A N S Y S的水轮机活动导叶参
数化建模与有限元分析[ ] . 东方电气评论,2016,30
(4):2 54,61.
(责 任 编 辑 :梁赛平)

上一篇:雾霾、气温变暖与能源/电力之间有什么关系 夏天昊

下一篇:没有了

推荐阅读
 |   QQ:2219005666 122623001  |  地址:甘肃省兰州市城关区  |  电话:18509484016  |  

Copyright © 2019-2025 甘肃论文网(www.gslww.com) All Rights Reserved

【免责声明】:本网站所提供的信息资源如有侵权、违规,请及时告知。

安全联盟认证


  • 首页

  • 搜索

  • 留言

  • 我的