董鋪水庫大壩壩坡穩定分析

2015-11-04 04:02:34吳方方

建材與裝飾 2015年36期

吳方方

（安徽省水利水電勘測設計院安徽合肥 230088）

董鋪水庫大壩壩坡穩定分析

吳方方

（安徽省水利水電勘測設計院安徽合肥 230088）

大壩壩坡穩定分析是水庫大壩安全評價中的基本組成部分。本文介紹了運用Autobank軟件對大壩壩坡穩定進行分析計算的過程，籍以對類似工程提供借鑒。

Autobank；土壩；壩坡穩定

1　工程概況

董鋪水庫位于長江流域巢湖支流南淝河正源上游，地處合肥市廬陽區西南部，壩址緊鄰合肥市西二環路，是一座以防洪和城市供水為主，兼顧生態補水及養殖功能的年調節水庫。水庫壩址以上集水面積207.5km2，總庫容2.42億m3，屬大（2）型水庫。水庫流域內有滁河干渠及大蜀山分干渠穿過。水庫樞紐由大壩、泄洪涵洞、溢洪道和連通輸水隧洞等組成。

水庫1000年一遇設計洪水位31.22m，相應最大泄量167m3/s；10000年一遇校核洪水位32.07m，相應最大泄量382m3/s；PMF保壩水位34.32m，相應最大泄量1628m3/s。汛限水位27.50m，正常蓄水位28.00m，死水位18.50m。總庫容2.42億m3，其中調洪庫容1.73億m3，興利庫容0.75億m3，死庫容0.02億m3。本工程等別為Ⅱ等，主要建筑物大壩、泄洪涵洞、溢洪道和連通輸水隧洞為2級建筑物。

2　地質情況

董鋪水庫位于爐橋-吳山廟斷裂、橋頭集-東關斷裂、六安-合肥斷裂、大蜀山-吳山口斷裂切割的梯形地塊中，動峰值加速度為0.1g（50年超越概率10%），相應地震基本烈度Ⅶ度。大壩壩址處地層自上而下可分為以下幾個：

壩身填土（0層）以粉質粘土和重粉質壤土為主，局部為中粉質壤土，棕黃色、灰黃色，稍濕-濕，硬塑，局部可塑，中等壓縮性，弱-微透水性。

②層：灰色重粉質壤土，局部為輕壤土、砂壤土（老河槽處的ZK07～09孔附近），很濕，軟可塑，中等偏高壓縮性，中等-弱透水性。本層局部存在，主壩軸線上未發現，僅于主壩軸線下游部分地段分布。本層厚5.3～8.0m，頂板高程13.06～17.91m，層底高程6.06～12.21m。

③層：粉質粘土、重粉質壤土，局部為中粉質壤土（建設時期該層土劃分為兩層，分別為“第一層粘土、重砂質粘土”和“第二層輕砂質粘土”；“第二層輕砂質粘土”與本報告的重、中粉質壤土大致相對應，主要分布在河槽段和臺中段。），棕黃、黃、棕褐、棕紅等色，稍濕，硬塑，中等壓縮性，微-極微透水性，具弱膨脹性。本層在南淝河河槽內缺失，臺中段厚約6.5m，其余各段（除右壩頭外）厚度均大于10m，頂板高程與大壩清基面起伏變化一致。

④層：泥質粉砂巖、砂巖，又稱紅砂巖、紅層，泥質、鈣質膠結，根據風化程度，可分為三個亞層：

④1層：全風化泥質粉砂巖，已成片狀，手掰可碎，以顆粒組成類似砂壤土-中壤土，灰白、紫紅等色，很濕，中密，局部密實，低壓縮性，弱透水性。已揭露厚度0.5～5.8m，層底高程泄洪洞處9.13～11.48m，河槽段及橫剖面03處為5.26～7.52m。

④2層：強風化泥質粉砂巖，紫紅、褐紅、紅等色，濕，，膠結較差，巖心一般呈塊狀，密實，低壓縮性，弱透水性。本層已揭露厚度0.8～3.2m，在壩軸線上層底高程2.89～2.98，上下游壩腳附近5.26～5.52m（泄洪洞上游壩腳處10.68m）。

④3層：弱、微風化-新鮮泥質粉砂巖，棕紅、紫紅等色，稍濕，結構較致密，未揭穿，已見厚度>2.8m。

各層巖土的承載力、壓縮模量、抗剪強度、滲透性等指標推薦值見表1。

表1　壩身填土及地基土層的fk、Es、K等主要指標推薦值表

3　主要分析計算

大壩經歷次加固后，長2876m，壩頂款5m，壩頂高程36.0m，另加1.0高防浪墻，墻頂高程37.0m，與崗地最高點齊平。大壩迎水坡采用干砌塊石護坡，在高程25.95m、17.95m分別設有2m寬戧臺，高程34.3m處設有1.4m寬戧臺，高程33.1m以下邊坡為1：3，高程34.3m以上邊坡為1：2，背水坡27.5m高程設有2.0m寬的平臺，平臺以上邊坡1：2，以下邊坡1：2.5，壩后除堆石貼坡排水以外全為草皮護坡。在樁號0+700～1+650（大壩右端為0+ 000）段壩后設有菱形堆石貼坡排水。

3.1計算方法和計算參數

大壩壩坡抗滑穩定計算采用剛體極限平衡法。選取大壩河床段最大橫斷面，采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法計算。采用河海大學《水工結構分析系統（Autobank3.7）》和《土石壩邊坡穩定分析系統slope4.1》程序進行分析計算。大壩壩體為均質土壩，先計算出壩體浸潤線位置，再計算壩坡穩定安全系數。計算參數根據地質報告中的成果（見表1）選取。在抗滑穩定計算中，穩定滲流期采用有效應力法計算，庫水位降落期同時采用有效應力法和總應力法計算，取其中較小的安全系數。有效應力法計算采用慢剪指標，總應力法計算采用三軸固結不排水剪指標。

3.2計算工況和計算成果

計算工況有穩定滲流期（庫水位為正常蓄水位28.0m、設計洪水位31.22m、保壩水位34.32m）、庫水位降落期（庫水位由28.0m降至21.7m、庫水位由31.22m降至22.7m）及地震工況下的穩定滲流期。計算結果見圖1（限于篇幅，僅示出了庫水位由31.22m降至22.7m工況下的計算成果圖），壩坡滑動穩定計算成果見表2。

圖1　非穩定滲流期的上游壩坡穩定庫水位從31.22m降至22.7m

3.3大壩穩定安全評價

根據《碾壓土石壩設計規范》（SL274-2001）第8.3.10條，當采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法計算壩坡抗滑穩定安全系數時，壩坡抗滑穩定的安全系數應不小于規范內表8.3.10規定的數值。董鋪水庫大壩為2級壩，即壩坡抗滑穩定安全系數在正常運用條件下為1.35，非常運用條件Ⅰ下為1.25，非常運用條件Ⅱ下為1.15。根據表2中的計算成果，上、下游壩坡抗滑穩定安全系數各工況下均滿足現行規范要求。