優(yōu)化理論在拱壩基礎(chǔ)及封拱蓄水過程中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，電力能源短缺問題顯得日益突出。為了解決今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)國家電力供應(yīng)緊張的局面，需要在水能蘊(yùn)藏豐富的地區(qū)修建更多的大容量電站和高水頭大壩。西南地區(qū)是我國水能資源富集地區(qū)，地形特點(diǎn)多高山和峽谷，這為拱壩的修建提供了得天獨(dú)厚的條件。然而，該地區(qū)的地質(zhì)條件極其復(fù)雜，高拱壩的修建面臨許多困難，同時(shí)也為高拱壩的建設(shè)提出新的挑戰(zhàn)。許多已有的實(shí)際工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明：在復(fù)雜基礎(chǔ)上修建拱壩，基礎(chǔ)處理是十分重要的。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為：拱壩基礎(chǔ)巖

2、體越完整越好，抗?jié)B性越強(qiáng)越好。為了達(dá)到這一目的，在工程實(shí)際建設(shè)中，一方面要求基礎(chǔ)巖體開挖至新鮮或微風(fēng)化巖體，另一方面采用相當(dāng)規(guī)模的基礎(chǔ)固結(jié)灌漿。目前所采用的固結(jié)灌漿方法、灌漿壓力以及灌漿量多少通常根據(jù)工程前期地質(zhì)勘探和后期施工現(xiàn)場(chǎng)情況來確定，沒有現(xiàn)成的理論及科學(xué)依據(jù)，往往造成巨大浪費(fèi)。眾所周知，地基巖體的強(qiáng)度及變形能力在很大程度上決定拱壩的穩(wěn)定性及壩體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的分布，一般來說，基礎(chǔ)條件越好，壩體穩(wěn)定性越好，特別是壩高超過200米的

3、高拱壩，但這并不意味著壩基巖體越硬越好，相反，有時(shí)基礎(chǔ)巖體在強(qiáng)度適中時(shí)會(huì)有效改善壩體應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性。多數(shù)已建拱壩運(yùn)行工況表明：在壩體尺寸、體形、運(yùn)行荷載一定的情況下，拱壩的應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性與基礎(chǔ)變形模量密切相關(guān)。當(dāng)其他工況及運(yùn)行荷載一經(jīng)確定，要想調(diào)整壩體應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性，只有通過改善基礎(chǔ)變形模量加以實(shí)現(xiàn)。另外，拱壩整體結(jié)構(gòu)隨大壩澆筑、封拱不斷推進(jìn)而逐漸形成的，壩體結(jié)構(gòu)形式在施工過程中是變化的。正因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)形式是變化的，在澆筑、封拱

4、過程中壩體承受的荷載形成的力學(xué)效應(yīng)也是不斷變化的。而壩體澆筑、封拱、甚至蓄水過程是可以人為改變的，因此，在設(shè)計(jì)過程中，我們就可以人為選擇一種對(duì)壩體安全、經(jīng)濟(jì)、施工均較為有利的施工過程，使拱壩既能安全施工渡汛和提前發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，又不至于產(chǎn)生危害壩體施工及后期運(yùn)行的應(yīng)力狀態(tài)，因此有必要研究施工期封拱過程和蓄水過程對(duì)壩體應(yīng)力的影響。 本文針對(duì)上述存在的問題，結(jié)合錦屏高拱壩地形和地質(zhì)資料，利用多目標(biāo)線性規(guī)劃方法，在大壩體型及運(yùn)行工況一定

5、時(shí)，以壩基不同巖體變形模量作為設(shè)計(jì)變量，通過壩基巖體變形模量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋求壩體最佳壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、位移場(chǎng)分布以及穩(wěn)定性，更重要的是找出壩體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)最佳狀況以及固結(jié)灌漿費(fèi)用最低情況下不同高程壩基變形模量值的大小，為今后錦屏實(shí)際工程基礎(chǔ)處理提供有力的技術(shù)指導(dǎo)和智力支持。同時(shí)，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)提供的工程進(jìn)度安排，初步擬定拱壩封拱高程的部位，并根據(jù)擬定的高程開展拱壩在施工期封拱及蓄水過程對(duì)拱壩應(yīng)力場(chǎng)的影響及其優(yōu)化研究，為設(shè)計(jì)和施工提供新

6、的理論依據(jù)。具體內(nèi)容包括： （1）在方法上，采用多目標(biāo)線性規(guī)劃理論建立壩基變形模量?jī)?yōu)化的數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理手段。 （2）根據(jù)施工進(jìn)度和不同高程澆筑混凝土的受力特點(diǎn)，選定不同的封拱方案及蓄水過程，并研究封拱蓄水過程對(duì)拱壩應(yīng)力場(chǎng)的影響，同時(shí)建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。 （3）軟件開發(fā)上，基于三峽大學(xué)已有的拱壩封拱溫度場(chǎng)優(yōu)化程序，增加相應(yīng)優(yōu)化功能，形成新的計(jì)算程序。 （4）在應(yīng)用上，結(jié)合大型通用數(shù)值計(jì)算軟件ANSY