低水头径流式水电站大坝变形分析

发布时间：2020-08-01 14:05

【摘要】：水电站大坝的安全问题一直是科研、技术人员关注的热点问题之一,随着流域梯级电站的不断开发,水文、水情的不规律变化,水电站大坝的安全问题越来越突出,针对低水头径流式水电站大坝的变形分析及预测开始引起学者的关注,但由于对大坝进行变形分析是一个涉及多学科的边缘课题,为完善低水头径流式水电站大坝变形分析方法,得到大坝变形规律以及静态特性,为大坝变形安全监测、预测系统设计建立理论基础,本文将对其进行研究。本文选取黄河干流上某典型的低水头径流式水电站为研究对象,进行1:1三维建模、网格划分、数值模拟,结合大坝的水工模型试验和实际运行中实测数据,对低水头径流式水电站大坝的变形进行对比研究,本文主要研究内容和成果如下:1)以有限元法和计算流体动力学的基本理论为基础,针对水工模型试验特性,对大坝进行数值模拟,并与运行中的低水头径流式水电站大坝观测数据进行对比研究,形成了综合水工模型试验、数值模拟、实际运行观测为系统的低水头径流式水电站大坝变形分析方法。2)对低水头径流式水电站校核洪水和设计洪水两种极端运行工况下大坝结构的变形大小、分布以及成因进行了分析预测研究。可以预测:校核洪水和设计洪水工况下,考虑水荷载作用时,低水头径流式水电站大坝各结构的可靠性,上游导墙可靠性最低,依次为泄水闸,厂房部位可靠性最高。3)利用ANSYS Workbench的模态分析功能,得到了低水头径流式水电站大坝厂房坝段和泄洪闸坝段在静态模态下以及考虑水荷载作用下的前十阶固有频率和振型。通过坝厂房坝段和泄洪闸坝段静态模态和动模态对比研究,发现水荷载作用对低水头径流式水电站厂房坝段模态影响较小,只考虑静态模态;水荷载作用对低水头径流式水电站泄洪闸坝段影响较大,分析需考虑动模态,提出在洪峰期间需重点观测低水头径流式水电站泄洪闸坝段。对低水头径流式水电站大坝模态分析发现:厂房坝段共振考虑危险点为第七阶模态(24.761Hz),泄洪闸坝段第五阶(12.715 Hz)和第九阶(23.717 Hz)为共振考虑危险点,为运行中低水头径流式水电站大坝防止共振提供理论依据。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV698.23
【图文】：

四面体单元,可用,方法

图 2.1 四面体单元Fig. 2.1 Tetrahedral unit +++++++++= 112233441122334411223344NNN(,,)(,,)(,,)NwNwNwwNvNvNvvNNNwxyzvxyzu xyzμμμμi 可用下面方法求得。 =4443332221111111xyzxyzxyzxyzA~~~~1

水电站,图片

3 低水头径流式水电站大坝模型建立及网格划分3.1 工程概况A 水电站位于甘肃省兰州市西固区，是黄河干流上典型的低水头径流式水电站，为龙羊峡～青铜峡段梯级第十八座水电站。电站上游距离八盘峡水电站 17.7km，距离河口水电站约 10.65km，下游距离兰州市 31km。电站以发电为主，并且可以对八盘峡～柴家峡河段沿岸的灌溉条件进行改善，具有美化城市环境的作用。电站水库正常蓄水位1550.5m，死水位 1548.5m。电站总库容 1660 万 m3。A 水电站枢纽主要由河床式电站厂房、五孔泄水闸、左岸土石坝、右岸混凝土挡水坝等建筑物组成。枢纽主要建筑物包括左岸土石坝、河床式电站厂房坝段、中间挡水坝段（在厂房和泄水闸之间的中间坝段上下游布置了纵向导墙）、五孔泄水闸、右岸混凝土挡水坝、防渗排水系统以及上下游护岸等（如图 3.1、3.2）。枢纽前沿总长度为 339.4m，坝顶高程为 1555.00m，最大坝高为 33m。

水电站,图片,大坝

图 3.2 A 水电站下游图片Fig. 3.2 Chaijiaxia Hydropower Station downstream picture3.2 低水头径流式水电站大坝几何模型的建立现代三维建模软件中应用较为普遍的有 UG、SolidWorks、Pro/E、3dMax 等，但是设计人员在从众多三维建模设计软件进行选择，在综合考虑设计界面人性化、实际操作性、建模效率及显示效果等因素下，更加偏重前两种，本文决定采用 UG 三维建模软件对 A 电站大坝进行三维实体建模。低水头径流式水电站大坝得结构一般很复杂，在进行三维建模时，应参照水电站大坝的设计图或施工详图，经合理概化后再进行分步建模。在进行三维建模的过程中，若是对大坝的结构细节进行详尽的考虑，三维建模的难度将会大幅度提升，甚至无法实施。因此有必要依据研究的目的对水电站大坝的结构进行简化处理。例如大坝内部的泄洪深洞、检修廊道等对大坝的变形基本只有局部的影响，为了减小有限元剖分难度以及计算量，对这些结构可以不予考虑；对于大坝的表面几何形状也可以进行适当的简化。在UG中采用根据低水头径流式水电站大坝的设计图纸运用一般建模方法建立比例

【参考文献】