董铺水库大坝坝坡稳定分析

2015-11-04吴方方

建材与装饰 2015年36期

关键词：坝坡壤土粉质

吴方方

（安徽省水利水电勘测设计院安徽合肥 230088）

董铺水库大坝坝坡稳定分析

吴方方

（安徽省水利水电勘测设计院安徽合肥 230088）

大坝坝坡稳定分析是水库大坝安全评价中的基本组成部分。本文介绍了运用Autobank软件对大坝坝坡稳定进行分析计算的过程，籍以对类似工程提供借鉴。

Autobank；土坝；坝坡稳定

1　工程概况

董铺水库位于长江流域巢湖支流南淝河正源上游，地处合肥市庐阳区西南部，坝址紧邻合肥市西二环路，是一座以防洪和城市供水为主，兼顾生态补水及养殖功能的年调节水库。水库坝址以上集水面积207.5km2，总库容2.42亿m3，属大（2）型水库。水库流域内有滁河干渠及大蜀山分干渠穿过。水库枢纽由大坝、泄洪涵洞、溢洪道和连通输水隧洞等组成。

水库1000年一遇设计洪水位31.22m，相应最大泄量167m3/s；10000年一遇校核洪水位32.07m，相应最大泄量382m3/s；PMF保坝水位34.32m，相应最大泄量1628m3/s。汛限水位27.50m，正常蓄水位28.00m，死水位18.50m。总库容2.42亿m3，其中调洪库容1.73亿m3，兴利库容0.75亿m3，死库容0.02亿m3。本工程等别为Ⅱ等，主要建筑物大坝、泄洪涵洞、溢洪道和连通输水隧洞为2级建筑物。

2　地质情况

董铺水库位于炉桥-吴山庙断裂、桥头集-东关断裂、六安-合肥断裂、大蜀山-吴山口断裂切割的梯形地块中，动峰值加速度为0.1g（50年超越概率10%），相应地震基本烈度Ⅶ度。大坝坝址处地层自上而下可分为以下几个：

坝身填土（0层）以粉质粘土和重粉质壤土为主，局部为中粉质壤土，棕黄色、灰黄色，稍湿-湿，硬塑，局部可塑，中等压缩性，弱-微透水性。

②层：灰色重粉质壤土，局部为轻壤土、砂壤土（老河槽处的ZK07～09孔附近），很湿，软可塑，中等偏高压缩性，中等-弱透水性。本层局部存在，主坝轴线上未发现，仅于主坝轴线下游部分地段分布。本层厚5.3～8.0m，顶板高程13.06～17.91m，层底高程6.06～12.21m。

③层：粉质粘土、重粉质壤土，局部为中粉质壤土（建设时期该层土划分为两层，分别为“第一层粘土、重砂质粘土”和“第二层轻砂质粘土”；“第二层轻砂质粘土”与本报告的重、中粉质壤土大致相对应，主要分布在河槽段和台中段。），棕黄、黄、棕褐、棕红等色，稍湿，硬塑，中等压缩性，微-极微透水性，具弱膨胀性。本层在南淝河河槽内缺失，台中段厚约6.5m，其余各段（除右坝头外）厚度均大于10m，顶板高程与大坝清基面起伏变化一致。

④层：泥质粉砂岩、砂岩，又称红砂岩、红层，泥质、钙质胶结，根据风化程度，可分为三个亚层：

④1层：全风化泥质粉砂岩，已成片状，手掰可碎，以颗粒组成类似砂壤土-中壤土，灰白、紫红等色，很湿，中密，局部密实，低压缩性，弱透水性。已揭露厚度0.5～5.8m，层底高程泄洪洞处9.13～11.48m，河槽段及横剖面03处为5.26～7.52m。

④2层：强风化泥质粉砂岩，紫红、褐红、红等色，湿，，胶结较差，岩心一般呈块状，密实，低压缩性，弱透水性。本层已揭露厚度0.8～3.2m，在坝轴线上层底高程2.89～2.98，上下游坝脚附近5.26～5.52m（泄洪洞上游坝脚处10.68m）。

④3层：弱、微风化-新鲜泥质粉砂岩，棕红、紫红等色，稍湿，结构较致密，未揭穿，已见厚度>2.8m。

各层岩土的承载力、压缩模量、抗剪强度、渗透性等指标推荐值见表1。

表1　坝身填土及地基土层的fk、Es、K等主要指标推荐值表

3　主要分析计算

大坝经历次加固后，长2876m，坝顶款5m，坝顶高程36.0m，另加1.0高防浪墙，墙顶高程37.0m，与岗地最高点齐平。大坝迎水坡采用干砌块石护坡，在高程25.95m、17.95m分别设有2m宽戗台，高程34.3m处设有1.4m宽戗台，高程33.1m以下边坡为1：3，高程34.3m以上边坡为1：2，背水坡27.5m高程设有2.0m宽的平台，平台以上边坡1：2，以下边坡1：2.5，坝后除堆石贴坡排水以外全为草皮护坡。在桩号0+700～1+650（大坝右端为0+ 000）段坝后设有菱形堆石贴坡排水。

3.1计算方法和计算参数

大坝坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法。选取大坝河床段最大横断面，采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算。采用河海大学《水工结构分析系统（Autobank3.7）》和《土石坝边坡稳定分析系统slope4.1》程序进行分析计算。大坝坝体为均质土坝，先计算出坝体浸润线位置，再计算坝坡稳定安全系数。计算参数根据地质报告中的成果（见表1）选取。在抗滑稳定计算中，稳定渗流期采用有效应力法计算，库水位降落期同时采用有效应力法和总应力法计算，取其中较小的安全系数。有效应力法计算采用慢剪指标，总应力法计算采用三轴固结不排水剪指标。

3.2计算工况和计算成果

计算工况有稳定渗流期（库水位为正常蓄水位28.0m、设计洪水位31.22m、保坝水位34.32m）、库水位降落期（库水位由28.0m降至21.7m、库水位由31.22m降至22.7m）及地震工况下的稳定渗流期。计算结果见图1（限于篇幅，仅示出了库水位由31.22m降至22.7m工况下的计算成果图），坝坡滑动稳定计算成果见表2。

图1　非稳定渗流期的上游坝坡稳定库水位从31.22m降至22.7m

3.3大坝稳定安全评价

根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）第8.3.10条，当采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算坝坡抗滑稳定安全系数时，坝坡抗滑稳定的安全系数应不小于规范内表8.3.10规定的数值。董铺水库大坝为2级坝，即坝坡抗滑稳定安全系数在正常运用条件下为1.35，非常运用条件Ⅰ下为1.25，非常运用条件Ⅱ下为1.15。根据表2中的计算成果，上、下游坝坡抗滑稳定安全系数各工况下均满足现行规范要求。