基于AUTOBANK 软件的风化料坝渗流及坝坡稳定分析

刘玲玲，李永庆

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650051；2.水利部海河水利委员会科技咨询中心，天津 300170）

1 工程概况

1.1 坝体设计

为降低工程造价，充分利用当地材料，大坝设计为黏土心墙风化料坝。 坝轴线长152.715m，最大坝高45m。 堰坝结合部位采用开挖料填筑；坝壳料采用风化料场强～弱风化料填筑； 防渗体采用黏土心墙填筑。 本大坝为4级建筑物［2］，设计防洪标准为30年一遇 （P=3.33%）， 校核防洪标准为300年一遇 （P=0.33%）［1-2］。 坝体最大横剖面见图1。

图1 坝体最大横剖面

1.2 坝基处理

黏土心墙基础开挖：河床清除第四系砂卵石层，切入弱风化岩体；左、右岸岸坡及坝肩清除第四系坡积层、滑坡堆积体、坍塌体及全风化岩体，切入强风化岩体2.0～6.0m。

坝基帷幕灌浆：帷幕灌浆孔布置于坝轴线上，布置为单排孔， 孔距设计为1.5m， 采用Ⅲ序孔进行灌注。 按SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》的要求，大坝为4级建筑物，帷幕灌浆底界深入q＜10Lu相对隔水层顶界以下不小于5m。 根据大坝正常蓄水位与地下水位线的相交点作为左右岸坝肩灌浆的边界。

1.3 风化料场

风化料料场至坝址运距0.8km， 料场分布高程2522～2580m，地形坡度35°～45°，岩体为三迭系上统松桂组（T3sn）紫红色、灰绿色砂岩、页岩，薄至中层状，细粒结构。 岩层厚度稳定，弱风化岩体完整性好，岩质中硬，岩层产状：N70°E，NW∠46°。

根据地质专业提供的风化料场地质剖面， 第四系覆盖层厚度1.0～3.0m， 强风化平均厚度约10.0m，弱风化至终采平台平均厚度约25.0m。开采时需清除物理力学指标较低的残坡积层和全风化层、 取其下强～弱风化层上坝。

1.4 坝料填筑指标

坝料设计标准及颗粒级配主要参数要求如表1和表2。

表1 坝料设计标准

表2 坝料颗粒级配主要技术要求

2 计算参数

坝基岩体及覆盖层的计算参数根据工程地质报告拟定；坝体各部位填料的计算参数，根据工程地质报告及相关实验成果并结合工程类比进行拟定。 渗流计算参数如表3，强度计算参数如表4。

表3 渗流计算参数

表4 坝料物理力学指标计算参数

3 计算结果及分析

3.1 有限元计算模型［5-6］

采用Autobank系列软件（渗流计算模块）的稳定渗流方法，进行平面有限元渗流计算。选取坝体最大断面建立平面有限元模型。 平面有限元模型及网格的划分如图2。

图2 渗流计算有限元模型

3.2 渗流计算［3-4］

结合SL274—2001 《碾压式土石坝设计规范》要求，平面渗流工况及计算结果如表5。 渗流等势线分布图选取典型工况如图3、图4。

表5 渗流计算成果

图3 工况1浸润线及水压等势线

图4 工况6浸润线及水压等势线

从计算成果分析， 校核洪水位工况上下游水位差最大，计算出的单宽渗流量最大，量值为2.14×10-4m3/m·s； 坝体最大总渗透量为3.27×10-2m3/s，即2825.28m3/d。

此外，渗透稳定方面，各工况的渗流逸出点均位于排水棱体下游坡面，排水棱体具有虑土排水的功能，且逸出点水力梯度非常小，各工况坝坡的渗流稳定。

3.3 坝坡抗滑稳定计算

采用Autobank系列软件（稳定计算模块）简化毕肖普法，计算坝坡抗滑稳定。 计算结果列如表6，最危险滑弧选取典型工况如图5～图8。

表6 坝坡稳定计算成果表

图5 工况1坝坡危险滑裂面

图6 工况2坝坡危险滑裂面

图7 工况9坝坡危险滑裂面

图8 工况10坝坡危险滑裂面

4 结语

（1）通过对坝体进行渗流及抗滑稳定的二维有限元计算分析，可以看出，坝体渗流稳定和坝坡抗滑稳定均满足规范要求，坝体和坝基总渗透量不大，坝体防渗体、坝体分区和坝坡等体型设计合理可靠。

（2）截止目前，该水库已通过蓄水验收，坝体在正常蓄水位下已运行两年之久， 实际总渗透量小于计算值，坝坡稳定安全，水库工程整体运行良好，验证了坝料各项设计参数的合理性。