黄连埂水库的坝坡稳定性分析

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

[1]汝乃华，牛运光.大坝事故与安全—土石坝[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[2]毛昶熙.渗流分析计算与控制[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[3]祁庆和.水工建筑物[M].北京：水利水电出版社，1986.

[4]潘家铮.土石坝[M].北京：水利水电出版社，1981.

[5]张家发.土饱和和非饱和渗流场有有限元计算与分析[J].长江科学院报，1994（3）：41-46.

[6]潘家铮.建筑物的抗滑稳定与滑坡分析[M].北京：水利出版社，1980.