土石坝边坡稳定分析软件在某水库除险加固前期工作中的应用体会

2012-10-25向金宝保雪飞

中国水利 2012年8期

向金宝，保雪飞

（云南省曲靖市麒麟区水务局，655000，曲靖）

一、基本情况

云南省曲靖市麒麟区某水库地处珠江流域西江水系南盘江右岸一级支流上，控制流域面积1.79 km2，总库容 31.48 万 m3，属小（2）型水库，以农田灌溉为主。于1996年开始建设，1998年建成。水库主要包括大坝、溢洪道、输水涵洞等建筑物。大坝为碾压式均质土石坝，坝顶高程为1 849.9 m，最大坝高20 m，坝顶长度122 m，坝顶宽 3.8 m，上游坝坡坡比 1∶2.83，下游坝坡坡比自上而下为 1∶2.0、1∶2.6；正常水位1 847.2 m，死水位1 838.22 m。

水库所在区属中低山丘陵地貌，坝址地处河谷上段较为狭窄的地带，呈U字形，左右两岸均属土质边坡，左右岸山坡坡度约15°～40°。该坝体填土层的渗透性弱，大坝基础为强—弱风化白云岩，左右两坝肩表部为残坡积层，坝址范围内未发现有影响大坝稳定的地质作用，大坝基础相对较稳定。根据《中国地震动参数区划图》，工程区的地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，相应地震烈度为Ⅶ度。

该工程在地质勘探中共布置钻孔8个，其中上游坡4个，下游坡4个，探坑3个。

二、存在的主要病险问题

大坝上游坡于2011年6月随着库水降落出现纵向裂缝，裂缝距坝顶高差 2.3 m，长 68 m，至死水位时，滑坡体最大水平位移2.1 m，最大垂直位移1.05 m。

三、大坝现状边坡稳定分析计算

1.计算方法

坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法，土体抗剪强度指标采用有效应力法计算，滑裂面按圆弧面考虑，抗滑稳定安全系数计算公式采用简化毕肖普法，计及土条间作用力，浸润线以上按湿容重计，浸润线与边坡外水位之间按饱和容重计，边坡外水位以下按浮容重计，地震惯性力考虑水平向及垂直向。

2.计算断面

根据计算目的的不同，可结合工程实际灵活选取，一般选取实测大坝最大横断面；已形成变形破坏的，则在相应破坏坝段内进行选取，即选取已出现裂缝或滑坡的坝段横断面进行分析计算。计算断面边界、材料分区根据地质勘探揭示的地层界线、原设计资料以及实测的断面数据确定。

3.计算工况

参照碾压式土石坝设计规范（SL 274—2001）确定。本文选取正常应用条件下死水位、正常水位稳定渗流及正常水位降落等3种工况进行计算。

4.抗剪强度指标的确定

根据地质勘探试验、相关室内土工试验资料进行初步统计整理，然后结合巡查所见的大坝实际病害现象不断演算而最终确定。其过程为：先根据地质专业建议值作第一轮试算，以考察计算结果与比照标准(大坝实际病害)的差别；再以比照标准为反演计算的目标，结合现场地质勘探资料分区进行指标调整，直至计算结果与大坝实际病害拟合到最佳状态，此时的分区指标值为最终选定的计算模型的计算值。最后，用此模型进行其余各种工况的稳定分析计算。

本工程按两种方法进行大坝土体物理力学指标统计。方法一：大坝原设计为“均质”坝，地质专业建议坝土不考虑分区进行统计，结果见表1；方法二：坝土按内外坝坡钻孔试验资料分区进行统计，结果见表2。

5.计算结果

根据表1和表2分别进行计算，计算结果依次见表3、表4。

表1 大坝物理力学指标统计结果

表2 大坝物理力学指标统计结果

表3 大坝坝坡稳定分析计算成果

表4 大坝坝坡稳定分析计算成果

表5 大坝物理力学指标

6.计算结果分析

根据大坝坝坡稳定分析计算结果表3可知,正常水位稳定渗流工况、下游坡抗滑稳定安全系数均小于1，说明已失稳。但下游坡在该工况下，尚未滑动，这与工程实际不相符。

根据大坝坝坡稳定分析计算结果表4可知,下游坡抗剪强度指标取大值均值，下游坡抗滑稳定安全系数均大于1，这与工程实际相符。上游坡抗剪强度指标取均值，死水位及正常水位稳定渗流工况上游坡抗滑稳定安全系数均大于1，说明坝坡尚未失稳；正常水位降落工况上游坡抗滑稳定安全系数小于1，说明该工况坝坡失稳，与工程实际相符。

结论：该工程按坝土不分区进行指标统计的计算结果与工程实际不相符，该工程坝土宜按分区进行指标统计，同时，上游坡宜取用分区后统计结果均值，下游坡宜取用分区后统计结果大值均值。该工程大坝物理力学指标最终取值见表5，计算结果见表6。

根据大坝坝坡稳定分析计算结果表6，死水位及正常水位稳定渗流工况上下游坡抗滑稳定安全系数均大于1，说明坝坡尚未失稳，与工程运行实际相符；正常水位降落工况上游坡抗滑稳定安全系数小于1，说明该工况坝坡失稳，同时滑弧位置与工程实际病害相符。

结论：表5抗剪强度指标取值与工程实际相符，可用来开展其余设计工作。