黃連埂水庫的壩坡穩定性分析

劉洪雨 魏新平

（四川大學水利水電學院 四川 成都 610065）

1 工程概況

黃連埂水庫位于眉山市東坡區盤鰲鄉清水村境內岷江水系盤鰲河上，是一座以灌溉為主,兼向眉山芒硝廠和盤鰲鄉生產生活供水的小（一）型水利工程。水庫總庫容875萬m3，設計灌溉面積2.5萬畝，樞紐工程由大壩、溢洪道、放水設施三部分組成，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。該水庫樞紐于1970年12月動工興建，1975年8月竣工，水庫大壩設計為均質土壩，已建最大壩高31.5m，壩頂高程497.398m，壩頂寬11.89m，壩頂長206m，無防浪墻。大壩上游邊坡系數從上到下依次為 1：2.0、1：4.05、1：3.70、1：3.4；2004年在▽477.98m高程處設置18m寬的拋石壓腳平臺，▽477.98m～ 492.20m高程段采用M10水泥砂漿砌塊石網狀支撐護坡，▽492.20m高程以上采用M7.5砌板石護坡。下游邊坡系數1∶2.0、1∶2.1、1∶2.53、1∶2.90（堆石棱體），在▽491.48m、▽486.69m和▽479.07m（棱體）高程處分別設置三個馬道，寬1.5m、1.5m和3m。下游壩坡棱體以上均采用天然草皮護坡。

2 大壩現狀

“5·12”汶川特大地震后,東坡區水利局派專業技術人員對黃連埂水庫進行了現場檢查，發現大壩內坡在高程▽488m、▽487m左右處出現2條總長190m(分別為120m和70m)的縱向裂縫，縫寬1cm～20cm，且內護坡砼框格斷裂。經管理人員介紹，2條縱向裂縫在震前已經出現，當時總長151m(分別為92m和59m),縫寬1cm～2cm。因此，表明大壩上游壩坡在震前已出現蠕動變形。震后至今，庫水位最低降至480m，由于考慮到明年春灌用水等多種原因，水庫水位未進一步降低。對水面以下上游壩坡進行了水下地形測量，測量資料表明，上游壩坡在高程 477.24m～ 481.20m之間附近有隆起現象。綜合分析地質測繪調查、勘探、試驗成果和2004年整編的竣工資料后認為，大壩上游壩坡施工時填土質量較差，存在許多軟弱夾層，實際試驗資料也表明回填土的含水量、孔隙比、壓縮系數均較大。因此，上游壩坡蠕動變形的主要內在原因歸結為上游壩坡的填土質量差，力學指標太低。大壩下游壩坡自建成以來，運行基本正常。

3 大壩壩坡穩定計算分析

3.1 安全系數

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001）規定，對于4級建筑物，采用計算條間作用力的簡化畢肖普法。安全系數在正常運用條件下應不小于1.25，在非常運用條件Ⅰ下應不小于1.20，非常運用條件Ⅱ下不小于1.15。

3.2 壩體材料的物理力學指標

本次工程的地勘工作中，對大壩原狀土粉質粘土取樣7組，對軟弱土取樣3組進行了室內土工試驗。根據《水利水電工程地質勘察規范》（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。本次壩體材料的物理力學指標取值情況為：對上游壩坡體含水量，密度等物理指標，取試驗成果的平均值；抗剪強度力學指標φ值采用平均值的90%；C值采用平均值的45%。石渣、塊石體等則參照類似工程取值。壩體材料的物理力學指標取值詳見表1。

(1)計算工況

根據大壩的實際運行情況，擬選以下幾種工況進行分析。上游壩坡：

工況一：上游正常高水位494.50m；

工況二：正常高水位494.50m降至474.378m（死水位）；

工況三：設計洪水位495.22m降至474.378m（死水位）；

工況四：校核洪水位495.80m降至474.378m（死水位）；

工況五：上游正常高水位494.50m加地震荷載；

工況六：正常高水位494.50m降至474.378m（死水位）加地震荷載；

工況七：設計洪水位495.22m降至474.378m（死水位）加地震荷載。下游壩坡：

工況一：正常高水位494.50m時形成的滲流期；

工況二：設計洪水位495.22m時形成的滲流期；

工況三：校核洪水位495.80m時形成的滲流期；

工況四：正常高水位494.50m時形成的滲流期加地震荷載；

工況五：設計洪水位495.22m時形成的滲流期加地震荷載。

(2)計算方法及計算成果

表1 壩體土物理力學指標計算取值

表2 大壩壩坡抗滑穩定計算成果表

對上、下游壩坡，均按圓滑滑動面搜索最危險滑弧，計算最小抗滑穩定安全系數。壩坡的穩定分析均采用程序進行計算，圓弧滑動面計算采用計算條塊間作用力的簡化畢肖普法進行計算，具體計算結果如表2所示。

4 大壩壩坡穩定綜合評價

分析以上計算結果，可以看出現狀上游壩坡抗滑穩定最小安全系數Kmin均小于規范允許值，其中，當水位從校核洪水位降至死水位時安全系數最小。上述各種工況壩坡均存在一定的安全隱患，需要采取工程措施補固。下游壩坡各工況抗滑穩定最小安全系數Kmin均滿足規范允許值，即下游壩坡是穩定的。

目前，上游壩坡變形區（表現為上游壩坡高程▽487m～ 488m附近產生縱向裂縫）的范圍位于河床最大斷面附近，垂直壩軸線方向，順壩軸線方向寬約140m，上部從上游壩坡縱向裂縫開始，底部的界限由于震后庫水位較高，壩腳水位以下不是很明顯。但從水下地形測量資料來看，上游壩坡在高程▽477m～ 473m附近有略微隆起現象，據此推測，變形范圍為高程▽473m附近至▽488m，特擬定以下整治方案加強壩坡穩定：上游壩坡高程▽473.00m～▽492.20m處開挖后采用石渣換填，開挖坡比為1∶2.5和1∶3.0，換填后坡比為1∶3.75、1∶4.0和1∶4.0。并且，大壩壩體開挖料堆放于壩腳，兼作壓重平臺和圍堰。

5 結語

根據地勘、試驗成果分析，黃連埂水庫上游壩坡抗滑能力不高的主要原因在于：第一，大壩修建時壩體填筑質量較差，壩體土中存在高程分布不一的軟弱夾層，壩體粘土的粘粒含量偏高，大壩土體未充分固結，力學指標偏低；第二，上游壩坡頂部坡度偏緩；第三，“5·12”汶川大地震的影響，使上游壩坡蠕動變形有所加劇，上游壩坡縱向裂縫進一步發展。結合該分析結果對黃連埂壩坡進行了針對性地補固，后續勘測、試驗結果表明補固加強措施的效果明顯，值得借鑒。陜西水利

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