基于ANSYS二次开发的立洲水电站调压井有限元内力计算及配筋研究

王蔚楠，朱俊松，王 莎，王万千，陈建康

(四川大学 水利水电学院，成都 610065)

1 工程概况

四川木里河立洲水电站调压井为露顶圆筒阻抗式调压井，最大开挖直径为27.4m，井筒高度为147.25m;其周围围岩属于稳定性很差的Ⅳ和Ⅴ类围岩，井筒自上而下97 m范围内为Ⅴ类围岩，易发生倾倒破坏、楔形体剪切滑移破坏。针对立洲调压井开挖断面较大、围岩自稳能力差、结构受力复杂等条件，运用三维非线性有限元数值模拟及ANSYS参数化设计语言(APDL)编程，进行调压室施工期围岩稳定性及运行工况和检修工况调压室结构特性的研究，并对调压室衬砌结构的2种工况配筋进行计算［1］，给出调压井各个部位的配筋建议表，为该工程的设计和施工提供有价值的借鉴和参考。

2 调压井计算模型和工况荷载组合

2.1 计算模型

立洲调压井三维有限元计算选取调压井结构和较大范围围岩体作为整体研究对象［2］，其中有限元计算模型铅直向底部取至1 810.00m高程，约1.35倍井高，上部延伸至地表，以调压井中心轴线为界，上游取210m，下游侧取250m;前后侧各取140.0m(约5倍筒径)，井台高程前后侧计算边界围岩厚度约120.0m。有限元计算坐标系选定为:

x轴沿调压井引水隧洞方向(上下游侧)，轴向方位 N 56.2°W;

y轴垂直调压井引水隧洞水流方向(前后侧)，轴向方位N3°E;

z轴与x和y垂直，且沿井筒高程方向铅直向上。

根据横、纵剖面岩层分界线，地形等高线及调压井轮廓，并考虑分级开挖程序进行有限元三维建模;离散中锁口混凝土、喷层、衬砌结构和围岩采用空间8节点等参实体单元，系统锚杆采用只计入轴向刚度的锚杆单元模拟。……