黄河万家寨水利枢纽稳定分析

（一）变位和应力分析

1.计算荷载与模型

计算荷载包括：静水压力、泥沙压力、自重、渗流体积力、主要设备重及温度作用。温度荷载考虑最不利情况，选取夏季（5～6月份）温度场与年平均温度场的差值作为温升，冬季（1月份）温度场与年平均温度场的差值作为温降。

计算模型：垂直水流方向取一个完整的电站坝段和厂房机组段，宽24.0m，坝段和机组在平面上取齐（忽略错缝的影响），地基范围上下游方向取4.7 倍的坝高，坝基深度约为1.7 倍坝高。

为了较真实地反映平缝连接时厂坝间接触的工作状态，在平缝间设置杆单元，模拟平缝间只传水平推力，不传剪力并假定平缝接触面不出现拉力。

2.坝体和厂房的变形

各种连接型式、各种荷载工况下大坝和厂房变形列入表7-18。

表7-18　各种连接型式、荷载工况下的坝顶位移

在表7-18 的3 种连接型式下，坝体的变形差别不大；而在不同荷载工况下，坝体变形相差较大，以平缝连接为例，不考虑温度荷载时（工况①）坝顶向下游位移为12.53mm，计入温降后（工况②）位移为38.30mm，可见坝体变形主要受外荷载特别是温度作用控制，而厂坝连接型式的影响相对较小。3 种型式比较，无论哪种工况，坝顶位移整体连接最小，平缝连接次之，分离最大。

厂坝分离时，厂房在下游水压力作用下产生向上游的位移；厂坝连接后，由于坝体推力的作用对厂房变形有一定影响，在一定程度上减少了厂房的变形，与厂坝分离相比，平缝连接和整体连接时厂房机组中心处变形减少了1.9mm 和1.7mm。3 种型式在各种工况下，机组中心线均向上游倾斜，厂坝分离和平缝连接的最大倾角分别为0.008°和0.003°。

厂坝分缝面，3 种型式变位都不大，厂坝平台高程处，最大位移分别为8.7mm，6.6mm，7.0mm。

3.坝体和厂房的应力

在表7-18 中3 种连接型式下，坝体应力的分布规律是一致的。最大主拉应力均发生在坝踵，其值厂坝分离最大，平缝连接次之，整体连接最小；在引水管道下水平段中心处，主拉应力和剪应力值厂坝分离最小，平缝连接处于两者之间，整体连接最大。

计算结果表明，在各种工况下，无论哪一种连接方式，对厂房蜗壳和尾水管的应力影响都不大，其应力绝对值也不大。蜗壳最大主拉应力（2.33MPa）发生在蜗壳270°断面；尾水管及锥管部位以压应力为主，最大主压应力（-2.52MPa）发生在锥管底部；在引水管道厂房段外包混凝土较单薄，最大主拉和主压应力分别为2.03MPa 和-3.79MPa，配筋时适当加强即可满足要求。

厂房应力受厂坝连接影响最大的部位在厂房上游面底部，尤其是夏季温升时影响最大。厂坝分离此处最大主拉应力为0.06MPa，平缝连接后增大到1.34MPa。(www.xing528.com)

4.厂坝连接面状态

不同连接型式连接面引水道边缘的法向位移列入表7-19。厂坝分离时连接面处相对位移最大，厂坝连接后，无论是平缝还是整体，厂坝之间的相对位移受到限制，有明显的减少。

表7-19　各种连接型式连接面引水管道边缘法向位移 （单位：mm）

注 荷载工况同表7-18。

连接面应力平缝连接—整体连接均为压应力，其值在-0.4～-1.85MPa 之间。厂坝间总推力平缝连接大于整体连接，因为平缝连接厂坝间剪力减小，一部分剪力转化为法向抗力。整体连接时接合面将受剪，大部分区域剪应力在0.5MPa 以下。

（二）抗滑稳定分析

河床右侧电站坝段坝基自上而下存在SCJ 01、SCJ 07、SCJ 08、SCJ 09、SCJ10 层间剪切带，其中SCJ09 仅呈局部点状分布，形成整体滑动面可能性不大。SCJ10 剪切带具有一定的连续性，但在坝基下埋深约有10.0m，因此在核算沿SCJ07、SCJ08稳定之后，可以排除沿SCJ10滑动的可能性。SCJ01剪切带除个别坝段甲块外，大部分已挖除。经分析，SCJ07、SCJ08剪切带为电站坝段坝基浅层滑动控制面，滑动面在大坝甲、乙块部位沿层间剪切带滑移，在大坝丙、丁块及厂房部位沿建基面滑动，如图7-1。

图7-1　电站坝段滑动模式

表7-20列举了某坝段沿SCJ07滑动的计算结果（采用刚体平衡法）。

表7-20　某坝段沿SCJ07滑动K'值

当不考虑厂坝整体作用时，除工况4外，K'不满足设计要求（基本组合K'≥3.0，特殊组合K'≥2.5）。考虑厂坝整体作用后，K'有了较大幅度的提高，平均提高45%，均满足设计要求。