希尼尔水库大坝结构安全分析

项 琼

（新疆塔里木河流域希尼尔水库管理局，新疆 库尔勒 841000）

希尼尔水库大坝结构安全分析

项 琼

（新疆塔里木河流域希尼尔水库管理局，新疆 库尔勒 841000）

本文以新疆塔里木河流域的希尼尔水库为例，首先介绍了水库概况，之后对水库大坝坝体变形、坝坡抗滑稳定进行了分析评述，最后对水库大坝的结构安全性进行了综合评价。分析结果表明:希尼尔水库大坝变形已基本稳定，水库坝坡抗滑稳定性满足现行规范要求，坝顶宽度满足规范要求，部分坝段坝后盖重段可能存在失稳可能性。建议加强大坝的监测和检查，及时对观测资料进行分析，保障大坝安全。

希尼尔水库；大坝；结构安全；抗滑稳定

希尼尔水库位于新疆巴音郭楞蒙古自治州孔雀河流域的库尔勒市境内，是一座以灌溉为主兼顾旅游及水产养殖的注入式反调节中型平原水库。水库从孔雀河第一分水枢纽引水并经库塔干渠总干渠输水，一 期 设 计 库容9800万 m3，正 常蓄 水 位913.6m；死库容 1000万 m3，死水位 905.8m。水库北距库尔勒市 20km，南距尉犁县城 27km，地理坐标为东经86°13′～86°18′，北纬 41°33′～41°38′。水库工程于 2000年 5月 18日开工建设，于 2002年底主体工程通过蓄水安全鉴定验收，2003年 3月 15日开始初期蓄水，2008年10月通过自治区水利厅主持的水库竣工验收。

水库枢纽工程等别为Ⅲ等，大坝为 3级建筑物，引水、放水与分水设施建筑物为 3级建筑物。枢纽工程由主坝、副坝、进水闸及进水渠、放水闸、放水渠及分水闸、坝后工程和附属设施等组成。坝顶长7650m，最大坝高 20m，坝顶宽度6m，坝顶高程916.50m，防浪墙顶高程 917.70m。坝体防渗采取斜铺复合膜（两布一膜）结构，其中膜厚0.75mm，无纺布规格为 200g/m2；坝基防渗，根据地质情况的不同，分别采取 PE塑膜、塑性混凝土防渗墙与水泥土搅拌桩防渗墙三种形式。水库引水建筑物设在库塔干渠总干渠桩号17+800处，并在库塔干渠总干渠上设节制闸，放水建筑物设在西副坝段大坝桩号 0+677.5处。

1 大坝变形评述

（1）大坝水平位移量最大的点为 Z1122（桩号 3 +100断面下游坝顶），其位移量为 149.9mm；其次为 Z1625（桩号 5+500断面下游坝顶）和 Z1321（桩号3+650断面下游坝顶），其位移量分别为72.46mm和69.69mm；其余观测点的水平位移量均在30mm以内。

（2）竖向位移量最大的点为 Z1125（桩号3+ 400断面下游坝顶），其位移值为 21.69mm；其次为 Z1324（桩号 3+929断面下游坝顶）、Z1624（桩号5+450断面下游坝顶）、Z1625（桩号 5+550断面下游坝顶），位移量分 别为 19.15mm、 -19.59mm、-16.09mm；还有Z222（桩号0+525断面下游坝顶），出现了-12.01mm的竖向位移。

（3）Z1122、Z1624、Z1625观测点的水平位移和竖向位移相对较大，且竖向位移均为向上抬升，分析认为这时观测墩曾受到破坏所致。

根据土石坝坝体变形一般性规律，水库大坝已经运行近 10年，坝体变形基本趋于稳定，但坝面观测点受风沙破坏等影响，可能存在破坏性位移，致使部分坝面观测点观测值可能失真，不能反映坝体真实性位移。应加强水库高水位运行情况下大坝表面变形观测，并对观测资料进行及时整编分析。

2 大坝抗滑稳定分析

2.1 计算断面和计算方法选取

（1）计算断面

坝坡静力抗滑稳定计算分析典型断面选取主坝3+600、5+200两个断面。两个断面均可简化成三个区：①坝体砂砾石；②上、下游压盖清基回填料；③坝基砂岩泥岩层。两个断面坝坡抗滑稳定计算简图分别见图1与图 2。简化毕肖普法计算公式如下：

图1 大坝3+600断面坝坡抗滑稳定计算断面简化图

图2 大坝5+200断面坝坡抗滑稳定计算断面简化图

（2）计算方法

坝坡静力抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法。计算方法依据规范要求采用计及条块间作用力的简化毕肖普（Simp lified Bishop）法。

式中：W—土条重量；

MC—地震力力矩，静力状况下 MC为零值；

Q、V—水平与垂直向地震力，静力状况下

Q、V为零值；

hQ—水平地震力和滑弧圆心的垂直距离，静力状况下不考虑；

u—作用于土条底面的孔隙水压力；

α—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；

b—土条宽度；

c′、φ′—土条底面的有效应力抗剪强度指标。

2.2 计算工况与孔隙水压力确定

（1）计算工况

根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）要求，结合希尼尔水库工程具体运用情况，分析稳定渗流期大坝上、下游坝坡的静力抗滑稳定安全，以及库水位降落期上游坝坡的抗滑稳定性，具体计算工况如下：

①上游坝坡：分析上游水位为死水位 905.80m情况下坝体形成稳定渗流的正常运用条件及库水位自正常蓄水位 913.60m骤降至死水位 905.80m时的非常运用条件的的静力抗滑稳定安全；下游水位取下游坝后排水沟内实测水位高程。

②对下游坝坡，分析上游水位为正常蓄水位913.60m情况下坝体形成稳定渗流的正常运用条件的静力抗滑稳定安全；下游水位取下游坝后排水沟内实测水位高程。

（2）孔隙水压力

可能滑动面上的孔隙水压力 u按下式计算：

式中：γw—水的容重，kN/m3；

h—渗透压力水头，m。可能滑动面上的孔隙水压力，在稳定渗流期根据渗流分析成果确定，库水位降落期的坝体内部孔隙水压力根据规范采用近似方法确定。大坝为无粘性砂砾石坝，假设库水位骤降后坝体内的孔隙水压力迅速消散。

2.3 计算参数确定

坝坡静力抗滑稳定分析选用的物理性质指标与力学参数见表 1。

2.4 安全评价标准

根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001），对于 3级建筑物，采用简化毕肖普法计算时，正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数不小于 1.30；非常运用条件下应不小于1.20。

2.5 计算结果与分析

大坝坝坡静力抗滑稳定分析计算结果见表 2、图 3与图4 。

由表2和图3、图4可知，大坝3+600、5+ 200两个断面在正常运用条件及非常运用I条件下的上、下游坝坡静力抗滑稳定安全系数均大于规范要求值。因此，可认为大坝上、下游坝坡静力抗滑稳定性满足规范要求。

2.6 其他结构安全问题

（1）护坡稳定性评述

水库上游坝坡护坡混凝土面板运行正常，局部坝段面板与面板之间的横向施工冷缝及充填的苯甲板存在破损现象，主坝局部坝段及东副坝、西副坝面板与面板之间的纵向施工冷缝不规则、破损。

表1 坝坡静力抗滑稳定分析选用的物理性质指标与力学参数

表2 大坝坝坡静力抗滑稳定计算成果

图3 大坝3+600断面坝坡静力抗滑稳定计算成果

图4 大坝5+200断面坝坡静力抗滑稳定计算成果

（2）防浪墙安全性评述

主坝及东副坝坝顶设0.9～1.4m高的简易素混凝土防浪墙，墙底未与上游面板防渗结构紧密结合，设计时作为临时护栏结构，不满足挡水要求；西副坝仅设临时镂空护栏，未设防浪墙。

（3）坝顶超高和坝顶宽度复核

大坝坝顶宽度为 6m，满足《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）中对中、低坝坝顶宽度 5.0～10.0m的规定。

3 结语

希尼尔水库大坝运行至今已近 10年，坝体变形在坝体自重应力下基本稳定；大坝上、下游坝坡静力抗滑稳定性满足规范要求；上游混凝土面板护坡设施局部存在损坏现象。大坝变形安全监测设施不完善，且大坝坝坡沉降位移观测标点已多年未进行观测，大坝安全监测工作不具有连续性，不满足规范和水库工程运行管理要求。考虑到大坝桩号 6+350坝后盖重段曾出现3m长的滑坡段，部分坝段坝后盖重段可能存在失稳可能性。建议继续加强对大坝的监测和检查，及时对观测资料进行整编分析，加强安全管理，保障大坝工程安全。

［1］新疆塔里木河流域希尼尔水库管理局.希尼尔水库大坝运行管理工作报告［R］.2008.

［2］巴州水利水电勘测设计院.希尼尔水库初步设计报告［R］.2000.

［3］SL274-2001.碾压式土石坝设计规范［S］.

TV698.2+1

B

1672-2469（2015）08-0068-04

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.022

项 琼（1967年—），女，工程师。