黃家寨水電站拱壩肩穩(wěn)定性分析

王國(guó)香

（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 550002）

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黃家寨水電站拱壩肩穩(wěn)定性分析

王國(guó)香

（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 550002）

【摘 要】黃家寨水電站壩址區(qū)河谷狹窄，巖層層面較發(fā)育，特別是右壩肩溶蝕裂隙發(fā)育，工程地質(zhì)條件對(duì)壩肩穩(wěn)定極為不利。為確保拱壩肩安全，本文采用剛體極限平衡法對(duì)左、右岸壩肩進(jìn)行了抗滑穩(wěn)定計(jì)算，為拱壩體形設(shè)計(jì)及壩肩處理提供了決策依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】黃家寨水電站；拱壩肩；穩(wěn)定分析

1　工程概況

黃家寨水電站位于貴州省水城縣猴場(chǎng)鄉(xiāng)古牛河上，是古流河干流規(guī)劃的第七個(gè)梯級(jí)電站，距猴場(chǎng)鄉(xiāng)30km，距水城縣城85km。水庫(kù)總庫(kù)容532萬m3，正常蓄水位851. 00m，電站裝機(jī)容量2×5MW，多年平均發(fā)電量4078萬kW·h。大壩為外摻MgO混凝土拋物線雙曲拱壩，壩頂高程855. 00m，最大壩高69m，最大底厚12m，拱壩厚高比0. 17。工程為Ⅳ等小（1）型工程，大壩為4級(jí)建筑物。

2　壩址區(qū)地形地質(zhì)條件

壩址位于黃家寨峽谷出口河段，壩址河段河道較平直，兩岸地形呈基本對(duì)稱的“V”形順向谷，河谷狹窄，兩岸基巖裸露，壩址區(qū)河流方向?yàn)镾35～40°E，河床高程793. 80～797. 00m，河床寬20～30m，水深0. 5～2. 0m（見圖1）。壩址區(qū)地層為石炭系中統(tǒng)黃龍群第一段（C2hn1）深灰色薄層、中厚層灰?guī)r，偶夾少量燧石團(tuán)塊、方解石透鏡體和極少量薄層泥灰?guī)r，為強(qiáng)巖溶地層，溶洞、溶蝕裂隙等發(fā)育［1］。

圖1　壩址區(qū)地質(zhì)剖面

2. 1左壩肩地形及地質(zhì)條件

左岸坡810. 00m以上高程地形略向山體內(nèi)凹陷，下游外側(cè)山體略顯單薄，巖層產(chǎn)狀為N7°E／NW ∠60°，巖層走向與河流流向交角42°，左壩肩主要發(fā)育三組裂隙：?產(chǎn)狀N45°～55°W／SW∠25°～35°，寬20～50cm，局部鈣質(zhì)充填，延伸長(zhǎng)5～10m；?產(chǎn)狀N15°～20°W／NE∠20°～35°，寬0. 5～5. 0m，充填黏土，局部無充填；?產(chǎn)狀N40°～70°W／NW∠30°～55°，寬2～15cm，充填黏土、巖屑和少量植物根系。巖層面與第?組卸荷裂隙組合對(duì)壩肩抗滑穩(wěn)定不利，可能沿巖層面滑動(dòng)；據(jù)平硐及鉆孔巖芯揭露，巖芯采取率高且RQD值較大，壩址區(qū)弱風(fēng)化巖石層面結(jié)合較好，據(jù)平硐資料反應(yīng)左岸卸荷帶水平寬約6～8m，平硐內(nèi)卸荷裂隙多為泥質(zhì)、方解石充填，平硐深大于10m后裂隙多閉合或方解石脈膠結(jié)，且裂隙連通性較差，連通率低（30%～35%），卸荷裂隙與巖層面的組合影響壩肩抗滑穩(wěn)定。

2. 2右壩肩地形及地質(zhì)條件

右岸坡地形陡峭，830. 00m高程以下為陡壁，局部成倒懸地形，830. 00m高程以上地形稍緩，自然坡度55°～65°，巖層產(chǎn)狀為N8°W／SW∠51°，巖層走向線與河流延伸線交角30°～48°，為斜向谷，巖石為中硬巖，強(qiáng)度較高，巖體較完整，為薄層、中厚層狀結(jié)構(gòu)，主要發(fā)育三組裂隙：?產(chǎn)狀N54°～75°E／SE ∠60°～80°，裂隙面微張開，充填少量泥質(zhì)，起伏稍粗糙；?產(chǎn)狀N65°～75°W／SW∠65°～72°，裂隙面微張，充填泥質(zhì)、巖屑，起伏粗糙；?產(chǎn)狀N35°～45° W／NE∠38°～50°，裂隙張開，無充填，起伏稍粗糙。層面與?組合、?與?組合對(duì)壩肩不利。另?yè)?jù)平硐資料反應(yīng)，右岸卸荷帶水平寬約7～9m，平硐內(nèi)卸荷裂隙多為泥質(zhì)、巖屑充填，平硐深大于12m后裂隙多閉合或方解石脈膠結(jié)，且裂隙連通性較差，連通率低（30%～35%），鉆孔巖芯RQD值大于65%，不利結(jié)構(gòu)面組合影響壩肩的抗滑穩(wěn)定。

3　壩肩穩(wěn)定性分析

在某一高程截取單位高度ΔZ＝1m作為計(jì)算單元，按平面分層穩(wěn)定［2］核算壩肩巖體穩(wěn)定。

3. 1計(jì)算方法與假定拱壩穩(wěn)定計(jì)算采取“剛體極限平衡法”［3］計(jì)算拱壩分層穩(wěn)定。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定如下：?將滑移的各巖體視為剛性體，不考慮其中各部分的相對(duì)位移；?忽略拱壩的內(nèi)力重分布作用，認(rèn)為拱端作用在巖體上的力系為定值；?假定巖層面即為可能的側(cè)滑面，計(jì)算時(shí)側(cè)滑面參數(shù)取巖層層面參數(shù)［4］；?壩址處發(fā)育數(shù)組緩傾角裂隙，緩傾裂隙面視同底滑面。

3. 2計(jì)算公式

壩肩抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式為：

式中 Nl——側(cè)面上的有效正壓力；

Nb——底面上的有效正壓力；

P——對(duì)應(yīng)單高拱圈拱端基礎(chǔ)面全部大壩傳力的水平分量；

δ——側(cè)向滑移面的傾角；

fl，fb——側(cè)向和底部可能滑移面上的摩擦系數(shù)；

cl，cb——側(cè)面和底部可能滑移面上的黏聚力；

l——可能滑移體的長(zhǎng)度；

ΔA1——側(cè)滑面面積增量。

3. 3穩(wěn)定計(jì)算成果與分析

3. 3. 1壩肩內(nèi)力計(jì)算

拱壩肩內(nèi)力采用程序ADASO計(jì)算，共考慮了四種工況，即三種基本組合和一種特殊組合，由于三種基本組合內(nèi)力相差甚微，故在拱壩肩穩(wěn)定計(jì)算中，只計(jì)算了“正常＋溫降”基本組合和“校核＋溫升”特殊組合兩種工況［5］。計(jì)算成果見表1。

表1　拱壩壩肩內(nèi)力計(jì)算成果　單位：10kN

3. 3. 2滑移面的選擇

根據(jù)拱壩各高程平面圖（見圖2），左壩肩：以巖層層面N7°E／NW∠60°為側(cè)向滑裂面（巖層傾向河床），緩傾裂隙面N45°～55°W／SW∠25°～35°為底裂面，地表作為臨空面；右壩肩：以巖層層面N8°W／SW∠51°為側(cè)向滑裂面（巖層傾向山內(nèi)），緩傾裂隙面N35°～55°W／NE∠38°～50°為底裂面，地表作為臨空面。

3. 3. 3地質(zhì)參數(shù)取值

根據(jù)地質(zhì)勘探成果，以及壩肩開挖揭露的地質(zhì)情況，并參照類似工程，相關(guān)地質(zhì)參數(shù)取值：左岸、右岸f1＝0. 45；左岸、右岸fb＝0. 45；左岸、右岸c1＝0. 15MPa；左岸、右岸cb＝0. 15MPa。工程對(duì)壩肩基巖進(jìn)行了固結(jié)和帷幕灌漿，取滲透壓力折減系數(shù)α1＝0. 5。

圖2　拱壩壩肩穩(wěn)定計(jì)算模型

3. 3. 4穩(wěn)定計(jì)算成果

按照《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 282—2003）規(guī)定，黃家寨水電站大壩為4級(jí)建筑物，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：正常工況為3. 00，特殊工況下為2. 50。通過計(jì)算，左、右壩肩正常工況最小安全系數(shù)為3. 30，特殊工況最小安全系數(shù)為3. 37，均大于規(guī)范要求（見表2）。

表2　壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果

4　結(jié) 論

黃家寨水電站為混凝土拋物線雙曲拱壩，壩肩的抗滑穩(wěn)定將影響拱壩的布置及體型的設(shè)計(jì)。采用剛體極限平衡法對(duì)壩肩抗滑穩(wěn)定進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算表明壩肩是穩(wěn)定的，安全系數(shù)高于規(guī)范值。

為確保拱壩安全，一是優(yōu)化大壩體型設(shè)計(jì)，選用拋物線拱，使拱端推力盡可能垂直于岸坡；二是增加壩肩嵌巖深度，將壩肩開挖到弱風(fēng)化基巖；三是加強(qiáng)對(duì)壩肩裂隙的沖洗，并采用帷幕灌漿對(duì)壩肩基礎(chǔ)進(jìn)行加固，提高地基整體強(qiáng)度和減少滲透壓力；四是在拱壩左、右壩肩下游設(shè)置錨桿支護(hù)和C20混凝土重力墩。

采取工程措施后，大壩已于2015年10月完工，11月通過蓄水安全鑒定。■

參考文獻(xiàn)

［1］ 周連海，熊偉.黃家寨水電站不良地質(zhì)對(duì)樞紐設(shè)計(jì)方案比選的影響［J］.貴州水力發(fā)電，2010（5）：16-19.

［2］ 徐江燕.方竹水電站拱壩壩肩穩(wěn)定分析［J］.小水電，2013（2）：17-19，23.

［3］ 戴年粉.團(tuán)坡水電站壩址右岸邊坡穩(wěn)定性分析及支護(hù)處理［J］.中國(guó)水能及電氣化，2014（2）：61-65.

［4］ 李敏，陳崇潮，婁紹撐.順溪水庫(kù)壩肩斷層處理措施［J］.中國(guó)水能及電氣化，2015（5）：25-28.

［5］ 陳映.潭角水庫(kù)埋石混凝土雙曲拱壩布置及應(yīng)力和穩(wěn)定分析［J］.水利建設(shè)與管理，2005（4）：19-21.基彈模發(fā)生變化，兩種情況有相同的變形規(guī)律，即隨著材料彈模減小，壩體水平和豎向位移都增大，在兩種情況下，壩踵處都有拉應(yīng)力產(chǎn)生。

Analysis on arch dam abutment stability in Huangjiazhai HydroPoWer Station

WANG Guoxiang
（Guizhou Zhongshui Vonstruction Management Vo.，Ltd.，Guiyang，550002，Vhina）

Abstract：Huangjiazhai Hydropower Station dam site area has narrow valley and more developed rock layer. The engineering geological conditions are not beneficial for dam abutment stability especially the fissures are developed in right arch dam abutment. In the paper，rigid body limit equilibrium method is adopted for anti-sliding stability calculation on the left and right bank abutments in order to ensure the safety of arch dam abutment，thereby providing decision-making basis for arch dam shape design and abutment treatment.

Key Words：Huangjiazhai Hydropower Station；arch dam abutment；stability analysis

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.017

中圖分類號(hào)：TV642. 4＋5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241（2016）02-0058-04