龙滩子水库大坝结构稳定性分析

刘小毛

（吉安市水利水电规划设计院，江西吉安343000）

目前，国内外对水库大坝安全鉴定的研究有很多，主要是针对大坝的渗流、结构进行安全性的鉴定评价，赵川、苏利军[1]等采用AutoBank 软件计算分析了四川工农水库的渗流稳定安全性，针对工农水库给出了合理的建议调整。韩沙鸥、程岳峰[2]等以2013—2016 年间二滩大坝变形观测的外部数据为依据，结合库水位数据、温度数据、降雨量数据对每年二滩大坝的径向位移变形量、切向位移变形量进行了分析讨论，对二滩大坝作出了整体性评价。王凯、邹斌[3]等将渗流观测资料和二维渗流有限元计算相结合，更加全面地分析了幸福水库的渗流稳定性安全问题。

本文收集了龙滩子水库的相关资料，通过实地考察、计算分析等方法，参照SL 258—2017《水库大坝安全评价导则》，对龙滩子水库的防洪能力、渗流安全、结构安全进行综合评价。

1 区域概况

1.1 工程概况

龙滩子水库为北碚区境内的小（1）型水库，位于马鞍溪干流的中游北温泉街道团结村，该水库坝址以上控制流域面积为7.71 km2。该水库的拦河坝型式为拱坝型式，坝顶高程为238.84 m，坝顶设防浪墙，墙顶高程为240.04 m。最大坝高为35.05 m，坝顶长108.0 m，坝顶宽3.10 m。该水库特征数值为：设计洪水位为238.09 m，相应库容为119.4 万m3；校核洪水位为238.79 m，相应库容为126.3 万m3。该水库泄水建筑物型式为侧堰正槽溢洪道，无闸控制，堰顶高程为236.30 m，侧堰堰顶宽40.00 m。

1.2 地形地貌

龙滩子水库区属构造剥蚀—侵蚀丘陵地貌，水库所在河流属嘉陵江右岸一级支流马鞍溪河，坝址附近河床高程为200.00～205.00 m，库区水面宽60.00～80.00 m，两岸山顶标高在300.00 m 左右，岸坡坡度一般在15°～60°之间，河谷为横向谷，剖面形态呈“V”型。水库区出露侏罗系上沙溪庙组（J2）s及第四系覆盖层。上沙溪庙组主要为紫红色泥岩、夹灰白色长石砂岩；第四系松散堆积层包括湖积（Q4）l淤泥质粉质粘土（厚2.00～5.00 m，分布于库底）与残坡积（Q4ed）l粉质粘土（厚1.00～3.00 m，分布于斜坡下部）。水库构造部位属北碚向斜北西翼，岩层为单斜地层，产状N45°E/SE∠45～55°，节理裂隙较发育。岩体透水性能较差，主要地下水为基岩裂隙水，受大气降水与库水补给，向深部排泄。库内无不良地质现象。岩体强风化带厚2.00～6.00 m。

2 结构稳定性计算

2.1 软件介绍

龙滩子水库大坝的稳定性计算采用结构力学的方法—梁拱分载法：将坝体沿水平、竖直方向划分为拱和梁，作用荷载由拱、梁共同承担，并根据梁、拱结点处变形协调条件按一定的比例分配，梁、拱各自独立发挥作用，互不影响。求出梁、拱各自承受荷载及内力后，再根据材料力学方法求出坝体控制点应力，最终完成设计。由于泥石流拱坝坝体体型小，采用梁拱分载法计算时，可以只在拱冠处取1根悬臂梁（拱冠梁）与若干水平拱圈组成梁拱系统，并只以结点处径向变形协调条件分配荷载，再分别计算拱冠梁和拱圈的内力及应力。

根据《浆砌石坝设计规范》的规定，拱坝应力分析宜以拱梁分载法计算成果作为衡量强度安全的标准。此次计算采用拱坝多拱梁法应力分析程序（浙大ADAO 程序）。ADAO 软件系统是拱坝应力分析ADCAS 和拱坝优化ADOPT 的集成系统，既可用于拱坝应力分析，也可用于拱坝优化设计，以及计算机辅助下的手工体形调整，已应用于许多拱坝工程的设计中，有助于提高设计进度和设计质量，具有显著的社会、经济效益。

2.2 参数选取

计算参数分析取值主要是在参考大坝的原设计、竣工图纸、相关资料及室内岩石试验成果后，结合现场勘测结果做了适当的调整，各计算参数如表1 所示。

表1 参数试验值

调洪计算后，设计洪水位为238.09 m，校核洪水位为238.79 m，正常蓄水位为236.30 m，死水位为212.10 m；坝体材料容重为24.3 kN/m3，泊松比为0.183，弹模为3.6×103MPa，线膨胀系数为8×10-6；基岩综合弹模为4.0×103MPa、泊松比为0.33，抗剪参数f1=0.6、C1=0 MPa，抗剪断参数f2=0.8、C2=0.7 MPa，天然密度为2.58 g/cm3。

多年平均气温为18.5 ℃，多年平均蒸发量为841.7 mm，多年平均径流深591.0 mm，多年平均降雨量为1 093.5 mm，多年平均最大风速为13.0 m/s。

2.3 结构稳定性计算

根据大坝实际运行状态，此次计算采用5 个工况（见表2），用以评价分析拱坝的结构稳定性。大坝位移计算成果见表3。

表2 龙滩子水库拱坝荷载组合表

表3 拱坝位移成果计算表mm

由表3 可以看出，龙滩子水库拱坝的位移变形在各种荷载组合工况下计算值均较小，最大径向位移为20.60 mm，最大切向位移为2.05 mm。综上所述，坝体位移变形在理论计算上均满足《浆砌石坝设计规范》要求。

主应力计算成果见表4。由表4可知，压应力情况：正常工况，最大压应力为1.87 MPa（<6.53）（6R 3C）；校核工况，最大压应力为2.16 MPa（<5.6）（6R 3C）；正常工况和校核工况压应力满足规范要求。拉应力情况：正常工况下，最大拉应力为-0.97 MPa（<1.2）（6R 3C）；校核工况下，最大拉应力为-1.12 MPa（<1.2）（6R 3C）。拱坝最大拉应力值出现在第6 层拱圈与基岩交接处，其值小于1.2 MPa，其余部位最大拉应力值均小于1.0 MPa。在正常工况和校核工况下，坝体拉应力和压应力均满足规范要求。

表4 主应力计算成果表MPa

3 结语

大坝位移、拉应力、压应力在各种工况下均满足规范要求，两岸坡岩体无变形痕迹，近坝岸坡处于稳定状态。大坝整治后，运行13 年期间坝体未见较大变形、渗漏等现象，下游坝面也未见裂缝，说明坝体总体运行是安全的。因此，此次复核计算认为该工程大坝结构是基本安全的。由于无监测资料，无法根据监测资料分析坝体稳定情况。因此建议按规程规范及设计要求对坝进行有规律的实时监控，确保大坝安全运行。泄水建筑物结构安全。

综上所述，根据 SL 258-2017 的 7.5 节及 7.6 节相关规定，大坝结构基本安全，评为A 级。