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黄连埂水库的坝坡稳定性分析

2010-09-25刘洪雨魏新平

陕西水利 2010年2期
关键词:洪水位坝坡安全系数

刘洪雨 魏新平

(四川大学水利水电学院 四川 成都 610065)

1 工程概况

黄连埂水库位于眉山市东坡区盘鳌乡清水村境内岷江水系盘鳌河上,是一座以灌溉为主,兼向眉山芒硝厂和盘鳌乡生产生活供水的小(一)型水利工程。水库总库容875万m3,设计灌溉面积2.5万亩,枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施三部分组成,主要建筑物级别为4级,次要建筑物级别为5级。该水库枢纽于1970年12月动工兴建,1975年8月竣工,水库大坝设计为均质土坝,已建最大坝高31.5m,坝顶高程497.398m,坝顶宽11.89m,坝顶长206m,无防浪墙。大坝上游边坡系数从上到下依次为 1:2.0、1:4.05、1:3.70、1:3.4;2004年在▽477.98m高程处设置18m宽的抛石压脚平台,▽477.98m~ 492.20m高程段采用M10水泥砂浆砌块石网状支撑护坡,▽492.20m高程以上采用M7.5砌板石护坡。下游边坡系数1∶2.0、1∶2.1、1∶2.53、1∶2.90(堆石棱体),在▽491.48m、▽486.69m和▽479.07m(棱体)高程处分别设置三个马道,宽1.5m、1.5m和3m。下游坝坡棱体以上均采用天然草皮护坡。

2 大坝现状

“5·12”汶川特大地震后,东坡区水利局派专业技术人员对黄连埂水库进行了现场检查,发现大坝内坡在高程▽488m、▽487m左右处出现2条总长190m(分别为120m和70m)的纵向裂缝,缝宽1cm~20cm,且内护坡砼框格断裂。经管理人员介绍,2条纵向裂缝在震前已经出现,当时总长151m(分别为92m和59m),缝宽1cm~2cm。因此,表明大坝上游坝坡在震前已出现蠕动变形。震后至今,库水位最低降至480m,由于考虑到明年春灌用水等多种原因,水库水位未进一步降低。对水面以下上游坝坡进行了水下地形测量,测量资料表明,上游坝坡在高程 477.24m~ 481.20m之间附近有隆起现象。综合分析地质测绘调查、勘探、试验成果和2004年整编的竣工资料后认为,大坝上游坝坡施工时填土质量较差,存在许多软弱夹层,实际试验资料也表明回填土的含水量、孔隙比、压缩系数均较大。因此,上游坝坡蠕动变形的主要内在原因归结为上游坝坡的填土质量差,力学指标太低。大坝下游坝坡自建成以来,运行基本正常。

3 大坝坝坡稳定计算分析

3.1 安全系数

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)规定,对于4级建筑物,采用计算条间作用力的简化毕肖普法。安全系数在正常运用条件下应不小于1.25,在非常运用条件Ⅰ下应不小于1.20,非常运用条件Ⅱ下不小于1.15。

3.2 坝体材料的物理力学指标

本次工程的地勘工作中,对大坝原状土粉质粘土取样7组,对软弱土取样3组进行了室内土工试验。根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99),φ值一般采用平均值的85%~90%,C值一般采用平均值的1/5~1/3。本次坝体材料的物理力学指标取值情况为:对上游坝坡体含水量,密度等物理指标,取试验成果的平均值;抗剪强度力学指标φ值采用平均值的90%;C值采用平均值的45%。石渣、块石体等则参照类似工程取值。坝体材料的物理力学指标取值详见表1。

(1)计算工况

根据大坝的实际运行情况,拟选以下几种工况进行分析。上游坝坡:

工况一:上游正常高水位494.50m;

工况二:正常高水位494.50m降至474.378m(死水位);

工况三:设计洪水位495.22m降至474.378m(死水位);

工况四:校核洪水位495.80m降至474.378m(死水位);

工况五:上游正常高水位494.50m加地震荷载;

工况六:正常高水位494.50m降至474.378m(死水位)加地震荷载;

工况七:设计洪水位495.22m降至474.378m(死水位)加地震荷载。下游坝坡:

工况一:正常高水位494.50m时形成的渗流期;

工况二:设计洪水位495.22m时形成的渗流期;

工况三:校核洪水位495.80m时形成的渗流期;

工况四:正常高水位494.50m时形成的渗流期加地震荷载;

工况五:设计洪水位495.22m时形成的渗流期加地震荷载。

(2)计算方法及计算成果

表1 坝体土物理力学指标计算取值

表2 大坝坝坡抗滑稳定计算成果表

对上、下游坝坡,均按圆滑滑动面搜索最危险滑弧,计算最小抗滑稳定安全系数。坝坡的稳定分析均采用程序进行计算,圆弧滑动面计算采用计算条块间作用力的简化毕肖普法进行计算,具体计算结果如表2所示。

4 大坝坝坡稳定综合评价

分析以上计算结果,可以看出现状上游坝坡抗滑稳定最小安全系数Kmin均小于规范允许值,其中,当水位从校核洪水位降至死水位时安全系数最小。上述各种工况坝坡均存在一定的安全隐患,需要采取工程措施补固。下游坝坡各工况抗滑稳定最小安全系数Kmin均满足规范允许值,即下游坝坡是稳定的。

目前,上游坝坡变形区(表现为上游坝坡高程▽487m~ 488m附近产生纵向裂缝)的范围位于河床最大断面附近,垂直坝轴线方向,顺坝轴线方向宽约140m,上部从上游坝坡纵向裂缝开始,底部的界限由于震后库水位较高,坝脚水位以下不是很明显。但从水下地形测量资料来看,上游坝坡在高程▽477m~ 473m附近有略微隆起现象,据此推测,变形范围为高程▽473m附近至▽488m,特拟定以下整治方案加强坝坡稳定:上游坝坡高程▽473.00m~▽492.20m处开挖后采用石渣换填,开挖坡比为1∶2.5和1∶3.0,换填后坡比为1∶3.75、1∶4.0和1∶4.0。并且,大坝坝体开挖料堆放于坝脚,兼作压重平台和围堰。

5 结语

根据地勘、试验成果分析,黄连埂水库上游坝坡抗滑能力不高的主要原因在于:第一,大坝修建时坝体填筑质量较差,坝体土中存在高程分布不一的软弱夹层,坝体粘土的粘粒含量偏高,大坝土体未充分固结,力学指标偏低;第二,上游坝坡顶部坡度偏缓;第三,“5·12”汶川大地震的影响,使上游坝坡蠕动变形有所加剧,上游坝坡纵向裂缝进一步发展。结合该分析结果对黄连埂坝坡进行了针对性地补固,后续勘测、试验结果表明补固加强措施的效果明显,值得借鉴。陕西水利

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