江新春

(黑龙江省通河县乌鸦泡镇农业综合服务中心，黑龙江 通河 150900)

1 工程概况

白龙江橙子沟水电站位于甘肃省武都市境内，枢纽主要效益为发电，兼具防洪灌溉，工程规模为三等中型工程，大坝正常蓄水位891.50m，坝顶高程895.50m，最大坝高19m，电站设计水头50.3m，电站总装机容量115MW，多年平均发电量1.4亿度[1]。

引水隧洞位于白龙江右岸，隧洞全长约17.2km，为有压引水隧洞，纵坡降为1/515。引水隧洞为圆形断面，洞径10.5m，Ⅲ、Ⅳ类围岩衬砌形式为钢筋混凝土结构，Ⅱ类围岩衬砌为底部素混凝土及顶部喷射混凝土，洞内流速分别为3.01、2.21m/s。

2 有限元分析原理

2.1 材料破坏和屈服准则

混凝土及岩体破坏采用Drucker-Prager屈服准则[2]：

(1)

式中I1为第一应力不变量，J2为应力偏量第二不变量。

混凝土和岩石的开裂判断采用最大拉应力准则：

σ1>σt开裂
σ1≤σt不开裂

(2)

式中：σ1为最大拉应力；σt为材料的抗拉强度。

滑移屈服采用Mohr-Coulomb准则，层间岩体的开裂破坏采用最大拉应力准则。

2.2 非线性方程组求解[3]

转变Kp的迭代公式：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

3 计算分析

3.1 隧洞计算参数

隧洞选取断面设计参数见表1，围岩分类及物理参数[4]见表2。

表1 计算断面及参数

表2 围岩分类及岩体力学参数值

3.2 有限元划分

衬砌单元网格图见图1，计算范围上部取至地面，左右和下部各取70m，由于无实测地应力资料，竖直方向取自重应力，水平向构造应力为侧压力系数模拟，取值0.8和1.0。

图1 衬砌围岩网格图

3.3 计算分析

工况荷载组成：内水压力(静水压力+水击压力)+外水压力+围岩压力+衬砌自重+弹性抗力。

软岩围岩变形的时间效应较为明显，本工况按极端情况考虑，即所有围岩变形的压力荷载都施加在支护系统上。图……