某水電站引水系統(tǒng)(暗河)堵頭結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定分析

姜賀男 王樹(shù)東

吉林省農(nóng)安縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)中心

某水電站引水系統(tǒng)(暗河)堵頭結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定分析

姜賀男 王樹(shù)東

吉林省農(nóng)安縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)中心

應(yīng)用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)某水電站暗河堵頭進(jìn)行模擬和計(jì)算分析，結(jié)果表明，10m長(zhǎng)度堵頭部分可以滿足初期封堵需要，16m長(zhǎng)度可以滿足后期暗河蓄水和封堵需要，分段封堵分期擋水方案是可行的。

暗河；堵頭；有限單元法；安全系數(shù)

1 概況

某水電站工程規(guī)模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，是從暗河中引水發(fā)電，堵頭位于暗河出口處上游約500m處，堵頭的級(jí)別為4級(jí)永久建筑物。

為了研究堵頭的應(yīng)力分布和穩(wěn)定性，本文應(yīng)用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)堵頭進(jìn)行模擬和計(jì)算分析，本文僅以一期堵頭為例。

2 堵頭結(jié)構(gòu)與計(jì)算參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2—1堵頭平面圖、圖2—2堵頭斷面圖。

水流方向

圖2-1 堵頭平面圖

圖2-2 堵頭斷面圖

2.3 計(jì)算參數(shù)

堵頭段圍巖巖性為灰?guī)r，類別為Ⅱ類，屬中等堅(jiān)硬巖石，巖石強(qiáng)度較高，

①巖石

密度ρ=25kN/m3

彈性模量E=2.0×104MPa

泊松比v= 0.32

②堵頭混凝土

密度ρ=25 kN/m3

彈性模量 E=2.55×104MPa

泊松比v= 0.167

③巖石與堵頭混凝土交界面

抗剪斷摩擦系數(shù) f′ =1.10

抗剪斷凝聚力 c′=1.10MPa

3 計(jì)算模型及建模

運(yùn)用ABAQUS軟件開(kāi)展本項(xiàng)目工作。所采用的硬件設(shè)備及其配置如下：

HP ZX6000工作站，計(jì)算用：64位模式Itanium 1.3GHz雙CPU，12GB ECC內(nèi)存，146GB SCSI硬盤，19’純平面顯示器，64 MB顯示內(nèi)存。

3.1 建模依據(jù)

根據(jù)地形、地質(zhì)資料(參考設(shè)計(jì)方案)確定建模范圍。以堵頭為中心，分別向上下游、左右側(cè)及高程上下方向選取分析域的范圍，使分析域?yàn)橐粋€(gè)250m×250m×250m的實(shí)體。

坐標(biāo)系以堵頭軸線方向，即上下游為z軸，堵頭左右側(cè)方向?yàn)閤軸，高程方向?yàn)閥軸，為右手坐標(biāo)系。

按照堵頭設(shè)計(jì)方案，此次計(jì)算復(fù)核按2期分步開(kāi)挖模擬及分次澆筑模擬堵頭的施工。同時(shí)不考慮新老混凝土的結(jié)合問(wèn)題。

由于地下暗河河道形成歷史悠久，圍巖已經(jīng)穩(wěn)定，開(kāi)挖至堵頭形成間隔較長(zhǎng)，且開(kāi)挖的圍巖體積很小，對(duì)初始地應(yīng)力場(chǎng)影響很小，因此也不考慮初始地應(yīng)力場(chǎng)的作用。

3.2 建模成果

有限元建模用8節(jié)點(diǎn)六面體單元將計(jì)算模型離散化，單元總數(shù)為26159，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為28144。

底面的位移邊界條件為全約束，頂面未施加位移邊界條件，四個(gè)側(cè)面的位移邊界條件均為法向約束。

4 計(jì)算結(jié)果

4.1.1 計(jì)算應(yīng)力。一期堵頭長(zhǎng)度為10m，施加該期堵頭的重力荷載和94.6m水頭的水壓荷載，堵頭前水位為1031.00m。堵頭的拉應(yīng)力最大約為0.13MPa，最小拉應(yīng)力為0.15KPa。堵頭底面壓應(yīng)力約在76KPa～0.14MPa，頂面拉應(yīng)力約為73KPa～ 0.13MPa。堵頭左右側(cè)面上的剪應(yīng)力約在11KPa～82KPa。

4.1.2 計(jì)算抗滑穩(wěn)定系數(shù)。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，可得接觸面上的徑向壓應(yīng)力乘上相應(yīng)的接觸面積，并沿接觸面積分即得總法向力，然后根據(jù)抗剪斷計(jì)算理論，就可計(jì)算得到堵頭長(zhǎng)度10m和上游水位為1031m時(shí)的堵頭穩(wěn)定安全系數(shù)。

水的壓力F壓按下式計(jì)算

式中：P頂和P底分別作用在堵頭體迎水面上的壓力的最小和最大值，AP為堵頭迎水面的面積。

堵頭的抗滑力F抗按下式計(jì)算

堵頭的抗滑安全系數(shù)為

堵頭抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算如下：

當(dāng)堵頭長(zhǎng)度10m、上游水位分別為1031m (水頭94.6m)，時(shí)的堵頭抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

由(1)、(2)兩式分別求出

水的壓力F壓=1.05×108N

抗滑力 F抗=3.76×108N

抗滑安全系數(shù)為

5 計(jì)算結(jié)果分析

5.1 堵頭穩(wěn)定性分析

根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL282-2003)，3級(jí)建筑物抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在基本荷載組合時(shí)應(yīng)不小于最小安全系數(shù)3.0，在特殊荷載給合時(shí)應(yīng)不小于最小安全系數(shù)2.5。本堵頭為4級(jí)建筑物，可參照?qǐng)?zhí)行。

堵頭一期滑動(dòng)安全系數(shù)3.59，大于3.0，可以滿足穩(wěn)定性要求。

5.2 堵頭最大拉壓應(yīng)力分析

根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL282-2003)，3級(jí)建筑物容許壓應(yīng)力等于混凝土的極限抗壓強(qiáng)度除以安全系數(shù)，基體荷載組合時(shí)安全系數(shù)采用3.5；特殊荷載組合時(shí)安全系數(shù)采用3.0，本堵頭為4級(jí)建筑物，可參照?qǐng)?zhí)行，堵頭計(jì)算的最大壓應(yīng)力為0.14MPa，小于混凝土的容許壓應(yīng)力。

6 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算分析表明，堵頭迎水面附近均出現(xiàn)較大的應(yīng)力，堵頭與圍巖接觸面是堵頭的潛在滑動(dòng)面，堵頭施工時(shí)對(duì)這些接觸面進(jìn)行鑿毛處理和適當(dāng)布置插筋是必要的，而且必須做好固結(jié)灌漿和接縫灌漿。

[1]水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL319-2005)[ S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

[2]上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，等.《 混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》( SL282--2003)[ S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3]《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》 DL/T5195-2004 中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

[4]《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(水利部SL279—2002)

上接(第6 3頁(yè))出有預(yù)算;三是辦理日常收支和資金撥付業(yè)務(wù)，要嚴(yán)格按照預(yù)算和項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)度執(zhí)行，并根據(jù)預(yù)算執(zhí)行的實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整支出明細(xì)預(yù)算。對(duì)確需調(diào)整總體收支預(yù)算規(guī)模的，應(yīng)按規(guī)定報(bào)批。

3.善會(huì)計(jì)管理制度建設(shè)

首先，除了不斷完善《事業(yè)單位會(huì)計(jì)制度》及相關(guān)會(huì)計(jì)規(guī)定，提高其科學(xué)性、實(shí)用性外，要注意完善相配套的法律規(guī)定建設(shè)，健全的監(jiān)督會(huì)計(jì)制度能夠使事業(yè)單位監(jiān)管部門有法可依，能夠依據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)會(huì)計(jì)核算不規(guī)范的問(wèn)題予以監(jiān)督和懲處，提高了會(huì)計(jì)核算不規(guī)范和違規(guī)操作的成本。其次，要完善事業(yè)單位的內(nèi)部控制制度，要根據(jù)事業(yè)單位的工作范圍、工作性質(zhì)和任務(wù)特點(diǎn)，建立起一整套的事業(yè)單位財(cái)務(wù)管理內(nèi)部控制系統(tǒng)，從建設(shè)內(nèi)控組織、完善內(nèi)部牽制著手建設(shè)事業(yè)單位內(nèi)部控制框架，包括：內(nèi)部稽核制度、內(nèi)部牽制、授權(quán)審批制度、責(zé)任中心劃分等基礎(chǔ)性工作。三是要堅(jiān)持收支兩條線，要繼續(xù)深化以國(guó)庫(kù)集中支付、政府集中采購(gòu)為主要內(nèi)容的公共財(cái)政制度改革，認(rèn)真搞好“收支兩條線”制度的貫徹落實(shí)，規(guī)范行政事業(yè)單位的相關(guān)財(cái)務(wù)行為。

4.強(qiáng)財(cái)務(wù)監(jiān)管

根據(jù)事業(yè)單位的工作范圍、工作性質(zhì)和任務(wù)特點(diǎn)，建立起一整套的事業(yè)單位財(cái)務(wù)管理內(nèi)部控制系統(tǒng)。從組織和制度上對(duì)事業(yè)單位的財(cái)務(wù)實(shí)行內(nèi)部控制。同時(shí)還要規(guī)范事業(yè)單位財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)的運(yùn)作程序、科學(xué)合理地設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程，明確各個(gè)崗位和控制點(diǎn)監(jiān)督控制的主要內(nèi)容等。各事業(yè)單位應(yīng)建立起全方位、全過(guò)程的財(cái)務(wù)監(jiān)控體系，要將財(cái)務(wù)管理完全融入業(yè)務(wù)流程管理，優(yōu)化改造業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)，使之與會(huì)計(jì)管理信息系統(tǒng)實(shí)行全面、動(dòng)態(tài)對(duì)接，業(yè)務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息都要傳送到財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)管理全過(guò)程跟蹤管理，并借助于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，將大量的人力從瑣碎的體力事務(wù)中解脫出來(lái)，重點(diǎn)關(guān)注例外事件的處理和管理系統(tǒng)的更新改造。同時(shí)，各單位應(yīng)規(guī)范財(cái)務(wù)工作流程，全面落實(shí)收支兩條線管理，按照各項(xiàng)法律法規(guī)及財(cái)政系統(tǒng)的相關(guān)要求，結(jié)合本單位實(shí)際情況，建立健全各種財(cái)務(wù)與會(huì)計(jì)管理制度，包括會(huì)計(jì)人員崗位責(zé)任制度、賬務(wù)處理程序制度、內(nèi)部牽制制度、內(nèi)部稽核制度、原始記錄管理制度，財(cái)務(wù)收支審批制度和財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)分析制度等。實(shí)現(xiàn)不相容職務(wù)的分離，推行規(guī)范的分級(jí)授權(quán)審批體系，同時(shí)實(shí)施相應(yīng)的內(nèi)部稽核機(jī)制和監(jiān)督檢查機(jī)制，將實(shí)施過(guò)程存在的問(wèn)題反映出來(lái)，并及時(shí)加以解決。另外，各單位應(yīng)嚴(yán)格遵守收支兩條線的管理規(guī)定，維護(hù)財(cái)經(jīng)法紀(jì)，保護(hù)國(guó)有資產(chǎn)和財(cái)政資金的高效運(yùn)行。一是加強(qiáng)對(duì)事業(yè)單位的日常收支業(yè)務(wù)進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查；每季度有內(nèi)部審計(jì)，三方審計(jì)，進(jìn)行核查，年末決算，需填列收支明細(xì)表等。二是將事業(yè)單位預(yù)算執(zhí)行情況與任期領(lǐng)導(dǎo)的離任專項(xiàng)審計(jì)相結(jié)合，提高任職領(lǐng)導(dǎo)對(duì)會(huì)計(jì)核算和財(cái)務(wù)狀況的重視程度；三是貫徹執(zhí)行財(cái)務(wù)狀況公開(kāi)制度，實(shí)施財(cái)務(wù)民主監(jiān)督、大眾監(jiān)督的方式提高事業(yè)單位的會(huì)計(jì)核算水平。

結(jié)語(yǔ)：

我國(guó)事業(yè)單位處在深化改革的關(guān)鍵時(shí)期，結(jié)合事業(yè)單位的特殊性探討完善事業(yè)單位的會(huì)計(jì)核算措施有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，盡管目前事業(yè)單位的會(huì)計(jì)核算工作普遍存在著上述甚至更嚴(yán)重的問(wèn)題，只要不斷完善會(huì)計(jì)管理制度、加強(qiáng)財(cái)務(wù)監(jiān)督、不斷提高財(cái)務(wù)人員素質(zhì)和職業(yè)道德水平，才能真正發(fā)揮會(huì)計(jì)核算的作用，促進(jìn)事業(yè)單位既快又好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧松.淺談會(huì)計(jì)集中核算下學(xué)校財(cái)務(wù)管理.中國(guó)集體經(jīng)濟(jì).2013(12).

[2]杜華.事業(yè)單位會(huì)計(jì)核算問(wèn)題及對(duì)策.財(cái)會(huì)通訊.2014(12上).