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        某土石壩滲流穩(wěn)定分析及安全評價*

        2010-08-20 10:27:18張獻才張建偉
        山西建筑 2010年11期

        張獻才 張建偉

        1 工程概況

        某大壩壩址控制流域面積為57.92 km2。水庫正常蓄水位為974.60 m,校核洪水位為 979.02 m,死水位 962.5 m;總庫容297.26萬m3(原始庫容),正常蓄水位以下庫容 150萬 m3(水庫運用30年情況),死庫容11.60萬m3(水庫運用30年情況),興利庫容138.43萬m3(水庫運用30年情況)。

        2 計算斷面的選取

        本次滲流計算分析,大壩典型斷面選取主河槽處最大壩高斷面,根據(jù)該大壩地質勘察報告提供地質參數(shù)計算,大壩斷面為透水地基上的有棱體排水的均質土石壩,上游壩坡為 1∶2.75,下游邊坡為 1∶2.5,在上下游壩面968.20 m高程處各設置一馬道,馬道寬2 m,大壩斷面見圖1,計算參數(shù)見表1。

        表1 各層材料力學參數(shù)表

        3 允許滲透坡降計算

        3.1 滲透坡降計算

        下游排水體失效時,浸潤線將從下游壩坡逸出,并假定發(fā)生滲漏時的下游水位為0 m。

        滲透坡降計算采用有限元二維滲流方法,土層滲透系數(shù)按各向同性考慮。取壩體最大斷面進行滲流計算。

        滲透坡降J計算公式按照達西定律基本公式[1]:

        式中:J——滲透坡降;

        L——滲透途徑長度;

        ΔH——上下游水頭差。

        3.2 發(fā)生流土的臨界滲透坡降計算

        式中:Ja——臨界坡降;

        γs——土體容重;

        γ0— — 水容重;

        n——孔隙率。

        計算發(fā)生流土的臨界滲透坡降Ja=0.51,即壩體允許滲透坡降J<0.69,壩基允許滲透坡降根據(jù)《水工設計手冊》[2]中選取,取0.48。

        3.3 滲流量及滲流水深計算

        大壩滲流量及滲流水深(參考《水工設計手冊》第三卷)用下列公式計算:

        有限透水地基均質土壩:

        其中,q為通過壩體及壩基的滲流量;qd為通過壩體的滲流量,按不透水地基上的均質土壩計算;h0為大壩滲流量計算中滲流水深;m2為大壩下游坡比;m1為上游坡比;a為出逸點與下游水位高差;T為有限透水地基厚度;H1為上游水深;H2為下游水深;L為滲徑;k為壩體滲透系數(shù);k0為壩基滲透系數(shù)。

        表2 大壩滲透坡降計算成果表

        4 安全分析

        4.1 滲透坡降計算成果

        滲透坡降計算成果見表2。

        由表2可以看出大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降,大壩不存在滲透變形破壞。

        4.2 各種工況下浸潤線位置

        各種工況下浸潤線位置見圖2。

        各種工況下浸潤線坐標見表3~表5。

        表3 校核洪水位情況下,浸潤線坐標表(以上游坡腳為坐標原點)

        5 結語

        表4 設計洪水位情況下,浸潤線坐標表(以上游坡腳為坐標原點)

        表5 興利水位情況下,浸潤線坐標表(以上游坡腳為坐標原點)

        土石壩的滲流穩(wěn)定分析一直是土石壩壩工建設與管理中所面臨的重要研究內容之一,通過對某土石壩的典型斷面進行二元滲流分析,選取校核洪水位、設計洪水位、興利水位為三種計算工況,計算結果表明大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降,大壩不存在滲透變形破壞,并同時確定了該工況下的浸潤線位置。

        [1]吳持恭.水力學[M].北京:高等教育出版社,2008.

        [2]華東水利學院.水工設計手冊[M].北京:水利電力出版社,1983.

        [3]曹高文.淺談張峰水庫大壩基礎帷幕灌漿[J].山西建筑,2008,34(32):363-364.

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