[發(fā)明專利]一種解決大型水電樞紐重建工程近距離新老混凝土壩相互影響的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010616907.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN111832107A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇加林;路振剛;楊成祝;劉亞蓮;郭建業(yè);孟繼慧;馬志強(qiáng);李潤(rùn)偉;張曉光;陳全寶;王福運(yùn);于生波;劉濤;王四亭;郝利勛;朱奎衛(wèi);王程鵬;吳允政;瞿英蕾;周炳昊;苗國(guó)權(quán);王強(qiáng);叢廣明;趙亮;徐唯強(qiáng);馬紀(jì);張鵬;程龍;銀佳男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)有限公司;國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司;松花江水力發(fā)電有限公司豐滿大壩重建工程建設(shè)局
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;E02B7/08;G06F119/14
• 代理公司: 通化旺維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 22205
• 代理人: 王偉

1.一種解決大型水電樞紐重建工程近距離新老混凝土壩相互影響的方法，其特征在于：首先結(jié)合實(shí)際工程判斷適用條件；分析并提出近距離新老壩相互影響的一般因素；通過有關(guān)手段，定量分析和評(píng)價(jià)各因素對(duì)新老壩安全的影響程度；針對(duì)性的提出相關(guān)對(duì)策措施。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解決大型水電樞紐重建工程近距離新老混凝土壩相互影響的方法，其特征在于：所述的適用條件是在大型水電樞紐重建工程中，新建大壩近距離布置于老壩下游，兩者軸線距離D≈（1～1.5） H（壩高），老壩在新壩建設(shè)期正常擋水運(yùn)行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解決大型水電樞紐重建工程近距離新老混凝土壩相互影響的方法，其特征在于：新老壩相互影響的一般因素包括新壩建設(shè)對(duì)老壩的影響因素以及老壩拆除對(duì)新老壩的影響因素；

（1）新壩建設(shè)對(duì)老壩的影響因素

1）新壩下游圍堰的存在，使老壩下游在建設(shè)期一直處于無水運(yùn)行狀態(tài)，改變了老壩下游水位條件以及壩基滲流條件，進(jìn)而對(duì)老壩穩(wěn)定、應(yīng)力等產(chǎn)生影響；

2）新壩基坑開挖較深，使老壩壩基下游出現(xiàn)臨空面，增加了老壩產(chǎn)生深層滑動(dòng)，進(jìn)而對(duì)老壩穩(wěn)定、應(yīng)力產(chǎn)生影響；

3）新壩混凝土澆筑，使老壩下游尾巖體所受荷載以及變形逐漸增加，進(jìn)而對(duì)老壩穩(wěn)定、應(yīng)力產(chǎn)生影響；

4）新壩在建設(shè)期預(yù)留缺口度汛，抬高了老壩在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的下游水位，改變了老壩下游水位條件以及壩基滲流條件，進(jìn)而對(duì)老壩穩(wěn)定、應(yīng)力產(chǎn)生影響；老壩度汛期間下游水位抬升會(huì)引起老壩壩基廊道進(jìn)水，進(jìn)而對(duì)老壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響；

5）新壩基坑開挖爆破會(huì)對(duì)老壩各部位結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)影響；

（2）老壩拆除對(duì)新老壩的影響因素

1）老壩缺口拆除爆破會(huì)對(duì)新壩各部位產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)影響，水下沖擊波會(huì)對(duì)新壩上游壩面產(chǎn)生沖擊影響；同時(shí)爆破飛石可能會(huì)對(duì)新壩上游附屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞和影響；

2）新壩壩前充水期間，從老壩缺口下泄的水流會(huì)對(duì)新壩上游面形成沖擊，同時(shí)掏刷老壩壩腳。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解決大型水電樞紐重建工程近距離新老混凝土壩相互影響的方法，其特征在于各因素影響程度的計(jì)算分析和評(píng)價(jià)是通過材料力學(xué)法、有限元法數(shù)值計(jì)算、水力學(xué)計(jì)算、水工模型試驗(yàn)、工程類比手段，定量分析和評(píng)價(jià)各因素對(duì)新老壩安全的影響程度；

（1）材料力學(xué)法計(jì)算分析

針對(duì)影響新老壩穩(wěn)定應(yīng)力的各因素和計(jì)算工況，按照懸臂梁對(duì)重力壩進(jìn)行材料力學(xué)法應(yīng)力計(jì)算，包括壩基面和混凝土層面的應(yīng)力，其中水平方向上考慮剪切與彎曲變形的作用；穩(wěn)定分析是采用剛體極限平衡法進(jìn)行壩基面和混凝土層面的穩(wěn)定計(jì)算；

地震工況動(dòng)力分析采用擬靜力法和反應(yīng)譜方法；擬靜力法將壩體地震慣性力等效為一個(gè)集中荷載，然后與靜力荷載疊加，按照靜力計(jì)算方法分析壩體的應(yīng)力穩(wěn)定；

反應(yīng)譜方法將壩體分層簡(jiǎn)化為多自由度體系，并考慮壩體和地基的自振特性，對(duì)各截面上的各振型應(yīng)力采用“平方和開平方”的方法進(jìn)行組合，進(jìn)而求解地震工況下的壩體應(yīng)力和穩(wěn)定；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，定量分析和評(píng)價(jià)各因素對(duì)新老壩安全的影響程度；

（2）有限元法數(shù)值計(jì)算分析

針對(duì)影響新老壩穩(wěn)定應(yīng)力的各因素和計(jì)算工況，建立壩體和地基有限元計(jì)算模型，將模型離散為若干計(jì)算網(wǎng)格，形成整體質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和荷載矩陣，求解網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)變形，進(jìn)而計(jì)算整個(gè)有限元模型的應(yīng)力；根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，針對(duì)關(guān)注的滑動(dòng)面，進(jìn)行應(yīng)力積分，得出作用于該滑動(dòng)面上的內(nèi)力，然后求解和分析滑動(dòng)面的抗滑穩(wěn)定安全性；

地震作用下的線彈性有限元分析采用時(shí)間歷程分析和振型分解反應(yīng)譜分析；；爆破作用下的線彈性有限元分析采用振型分解反應(yīng)譜法；

（3）水力學(xué)計(jì)算

滿足新建大壩泄洪和引水發(fā)電的前提下，對(duì)老壩過流進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，確定老壩缺口拆除規(guī)模；對(duì)新老壩間充水進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，確定充水流量、充水時(shí)間、水流流速以及防護(hù)措施；對(duì)建設(shè)期新壩預(yù)留缺口度汛進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，確定預(yù)留缺口高程及范圍；

（4）水工模型試驗(yàn)

由于老壩與新建壩的相對(duì)位置以及不同施工期新建壩的澆筑面貌等因素影響，使老壩在遇超標(biāo)洪水泄洪時(shí)變得相對(duì)復(fù)雜，為此，開展工程施工期度汛水工模型試驗(yàn)研究，以便分析新建壩建設(shè)期度汛對(duì)老壩泄洪的影響；

（5）工程類比

通過工程類比，提出新壩基坑開挖爆破以及老壩拆除爆破期間，新老壩關(guān)鍵部位的爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)以及有限元數(shù)值計(jì)算，分析新老壩各關(guān)鍵部位的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定情況，指導(dǎo)爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)的制定。