白盆珠水库主坝坝体稳定性分析

摘要：白盆珠水库大坝加固工程建设的主要内容为主坝、副坝、防汛公路等水工建筑物的加固以及金属结构的更换。为了确保水库安全运行，结合白盆珠水库加固工程，对主坝坝体稳定性进行分析探讨。白盆珠水库主坝为混凝土空心支墩重力坝，主要选取4#坝段和8#坝段作为典型坝段进行坝体稳定和坝基应力计算。经研究，白盆珠水库主坝沿坝基面的抗滑稳定性均能满足相关规范的要求。

关键词：白盆珠水库 坝体稳定 坝基 压力

Stability Analysis of the Main Dam of Baipenzhu Reservoir

LIU Julian

Huizhou Baipenzhu Reservoir Engineering Management Bureau， Huizhou， Guangdong Province， 516341 China

Abstract： The main construction content of the reinforcement project for the Baipenzhu Reservoir dam includes the reinforcement of hydraulic structures such as the main dam， the auxiliary dam， the flood control road and the replacement of metal structures. In order to ensure the safe operation of the reservoir， the stability of the main dam is analyzed and discussed in combination with the Baipenzhu reservoir reinforcement project. The main dam of Baipenzhu Reservoir is a concrete hollow buttressed gravity dam. Section 4# and section 8# are selected as typical sections to calculate the stability of the dam body and the stress of the dam foundation. After research and analysis， the anti-sliding stability of the main dam of Baipenzhu Reservoir along the dam foundation can meet the requirements of relevant specifications.

Key Words：Baipenzhu reservoir; Stability of dam body;Base of dam; Pressure

惠州市白盆珠水库大坝在第三次安全鉴定中被评定为三类坝。为尽快消除隐患，确保水库安全运行，需要对水库大坝进行除险加固。为使大坝坝体的加固设计符合结构安全性和稳定性的要求，须根据坝身的载荷量情况，来对坝体的稳定性进行计算，确保大坝安全可靠运行[1]。

1白盆珠水库概述

白盆珠水库位于惠东县白盆珠镇，西枝江上游，是粤港澳大湾区库容最大的水库。集雨面积856 km2，占西枝江流域面积的20.8%，总库容为11.90亿m3，是一座以防洪、供水为主，兼顾发电、灌溉、改善航运的大[Ⅰ]型水库。

白盆珠水库于1977年8月动工兴建，1984年9月底下闸蓄水，1985年8月电站机组投入运行，1987年12月竣工验收。

水库集雨面积为856 km2，占西枝江流域面积的20.8%。水库原设计正常蓄水位为75.0 m，500年一遇设计洪水位为83.90 m，主坝5000年一遇校核洪水位为85.80 m；土坝校核洪水标准为10 000 年一遇洪水的校核洪水位为87.90 m。

2白盆珠水库布置与主坝现状

工程主要水工建筑物包括1座主坝、2座副坝、1座坝后电站、1处灌溉涵管等，永久性主要建筑物级别为1级、次要建筑物级别为2级。

主坝位于惠东县白盆珠镇新庵区下游8 km的峡谷入口处，为混凝土空心支墩重力坝，分实体重力坝段5 个，支墩坝段11个。主坝高程88.20 m，坝顶长240 m，坝顶宽6 m，最大坝高66.20 m。主坝主要坝段为，电站厂房坝段、河床支墩溢流坝段、放水底孔坝段、左岸支墩坝段、右岸支墩坝段、左岸实体重力坝段、右岸实体重力坝段。坝中设有排洪堰闸1座2孔，跨②-④号坝段布置，堰面采用 WES 曲线，每孔净宽12 m，边墩厚度为1.5 m，中墩厚度为3 m，总宽度为30 m。堰顶高程73 m，上设9×12 m的弧形闸门，采用2台BJQ-63t固定式卷扬机进行控制，单宽流量为108.46 m3/s，最大下泄流量为2 589 m3/s（P=0.02%时）。下游采用溢流坝下接长护坦梯形差动式鼻坎挑流式消能。坝后式主厂房设置在⑤、⑥号坝段，副厂房设置于主厂房右侧，主厂房规模44.60 m×15.40 m×30.0 m，副厂房规模分别为8.50 m×44.60 m和23.90 m×7.60 m。电站引水压力钢管进水口中心高程58.70 m，直径为3.40 m，设有拦污栅、一扇平板检修钢闸门、二扇平板快速钢闸门3.4 m×2.7 m，快速钢闸门用二台固定式卷扬启闭机BJQ2×25 t控制，检修钢闸门用一台移动式卷扬启闭机2×5 t控制。

在主坝④号坝段设有放水底孔一个，采用坝内压力管接明渠泄水道形式，明渠出口是用连接式鼻坎挑流消能。放水底孔进口底坎高程42.0 m，全长97.45 m，明渠泄水道长度为80.0 m，压力管长度为17.45 m。在压力管出口设有1扇弧形闸门（4.0 m×4.0 m），中间设有1扇事故检修闸门（4.60 m×5.50 m），弧形闸门在坝内用螺杆式启闭机75/40 t控制，事故检修闸门在坝顶用固定式卷扬机QPQ-2×80 t控制。主坝坝后式电站装机两台，装机容量为2×15 MW，多年平均发电量7900万kWh。

3.1坝基抗滑稳定及坝基应力复核

3.1.1计算方法

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）的要求[2]，分别采用材料力学法、刚体极限平衡法对砼坝沿建基面的坝基应力和稳定进行复核。分别选取4#坝段（双支墩挡水坝段，宽度为18.0 m，单个支墩宽度为4.0 m）和 8#坝段（单支墩坝段，宽度为15.0 m，支墩宽度为6.0 m）作为典型坝段进行稳定和应力复核[3]。

刚体极限平衡法选用抗剪断参数，计算公式如下。

式（1）、式（2）中：为坝体与坝基接触面的抗剪断 摩擦系数；为坝体与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，单位为kPa；A为接触面的截面积，单位为m2；为作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，单位为kN。

坝踵、坝趾法向应力计算公式：

式（2）中：为作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，单位为kN；为作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，单位为kN；为计算截面上全部荷载对截面形心的力矩之和，以使上游面产生压应力者为正，单位为kN·m。

3.1.2荷载计算方法

稳定应力分析中考虑的荷载包括坝体自重、上下游静水压力、淤沙压力、扬压力、风浪压力、地震惯性力、地震动水压力。各种荷载的计算方法如下。

式（3）中：为坝体材料容重；根据混凝土天然容重在2.41g/cm3～2.43g/cm3 之间，计算中取2.41g/cm3；V为坝体体积，单位为m3；计算中扣除坝段空腔及灌浆廊道的体积。

式（4）中：为水容重，单位为kN/m3；为水深，单位为m。

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）的相关规范[4]，坝基扬压力的计算方法如下。假定坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为，下游（坝趾）处为，其间依次以直线连接各段。

根据截止2008年11月31日的水位监测数据，白盆珠水库上游最高水位为1997年8月5日的78.42 m，而目前已有的扬压力监测数据对应的上游最高水位仅76.47 m，此时的扬压力监测成果表明：13个坝段17条测压管扬压力折减系数均小于规范要求的25%，右重1#无扬压力监测记录。故本次复核渗透压力强度系数仍按规范取值：河床坝段0.25，岸坡坝段 0.35。

式（5）中：为淤沙的浮重度，取8.0 kN/m3；为坝前的淤沙淤积厚度，按 100 年淤沙高程42.0 m计；为淤沙的内摩擦角，按15°计。

浪压力是指作用于铅直迎水面的建筑物，当和时，在单位长度上的浪压力值按下式计算。

式（6）、式（7）、式（8）中：为平均波长，单位为m；为波高（是累积频率为1%），单位为m；为挡水建筑物迎水面的水深，单位为m；为波浪中心线至计算水位的高度，单位为m；为使波浪破碎的临界水深，单位为m。

（6）地震惯性力。

沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力，采用拟静力法计算地震效应[5]，按下式计算。

式（9）、式（10）中：为水平向设计加速度，单位为m/s2；为折减系数，取0.25；为集中在质点i的重力；为质点i的动态分布系数；为质点总数；为坝高，单位为m；、分别为质点i、j的高度，单位为m。

自上至下把坝体分成八段计算坝体的地震惯性力。

（7）地震动水压力。

式（11）中：为水平向设计加速度，单位为m/s2；为折减系数，取0.25；为水的容重，单位为kg/m3；为水深标准值，单位为m。

3.1.3计算结果

白盆珠水库主坝4#坝段和8#坝段加固后的坝体稳定应力计算结果如表1和表2所示，应力计算结果以压为正，以拉为负。

4 结语

白盆珠水库主坝坝基抗滑稳定和应力计算结果表明，在各种水位情况下，坝踵未出现拉应力，坝趾最大压应力为1.11 MPa，小于混凝土的抗压强度，沿坝基面的抗滑稳定性均能满足相关规范的技术要求。

参考文献

[1]李铁哲.浅析水利水电工程中的大坝加固设计技术[J].珠江水运，2021（21）：39-40

[2] 白川.白草坪水库主坝渗流稳定和结构稳定分析[J].河北水利，2020（1）：47-48.

[3]高香凯.碧流河水库主坝渗流安全分析[J].黑龙江水利科技，2022，50（9）：62-65.

[4]邹红，何敏.龙门下库水库大坝安全综合评价[J].人民黄河，2023，45（S1）：171-172.

[5]沈庆双，蒋德才，普俊华等.高冲水库大坝渗流安全评价分析[J].人民珠江，2023，44（S1）：134-138，160.