靳筱宏

（漢中市水利水電建筑勘測設計院 陜西 漢中 723000）

1 工程概況

云河水利水電工程樞紐拱壩位于南鄭縣城西南40km的鋼廠鄉(xiāng)境內，系由云河龍門埡河谷建壩向濂水河紅寺壩灌區(qū)補水并結合發(fā)電的一項中型跨流域引水綜合利用工程，水庫樞紐為中型三等，工程建筑物按地震烈度六度設防，大壩設計洪水位894.90m（P=2%），校核洪水位 896.5m（P=0.2%），溢流堰頂高程（正常蓄水位）890.40m，死水位867.70m，壩頂高程897.5m，河床建基面高程830.00m，最大壩高67.5m。

由于壩址區(qū)地形極不對稱，左右壩肩巖體物理力學指標相差較大，設計采用拋物線變厚切縫重力拱壩，左右壩端875m高程以上采用重力壩，切豎向縫，使拱端推力分布到830m至875m高程，最終確定的拱壩體型為變厚拋物線切縫雙曲重力拱壩，壩高67.5m，壩頂寬4m,拱冠梁27m，厚高比0.4，左壩端厚（830）30.082m,右壩端厚（830）28.524m，壩頂至875m高程切豎向永久縫13條，其中參考軸以左7條，參考軸以右6條，縫底高程為889.5m～875m不等，立面上縫底連線近似為拋物線，左右兩邊縫以外各設長8m的重力壩與壩肩銜接。壩頂長162.74m，中心角82°，弦高比近似為1.34。

2 壩址處工程地質概況

壩址位于云河峽谷段，主河道由南向北至壩軸線下游50m后成45°折轉由南東向西北流，河谷地形逐漸開闊，河谷深切為“V”型，河床寬度約25m～30m，河床基巖面高程831m～833m，兩岸對稱性差，基巖裸露，左岸山坡稍凸向河谷，自然坡度45°～60°，坡面平整，右岸山坡彎向坡內，沖溝發(fā)育，坡度均勻性差，局部為倒或直立坡。

壩址區(qū)巖性主要為下元古代流紋質碎熔巖、碎裂流紋質碎屑（角礫）熔巖、輝綠巖脈，其次在河床和緩坡段分布有第四系松散覆蓋層，巖石共同點是“硬、脆、碎”。壩址區(qū)地質構造形跡主要為斷層、裂隙和節(jié)理。

2.1 斷層

壩址區(qū)斷層發(fā)育，總計14條，按走向可分為四組，分別是近SN-NNW向、NW向、NE向和EW向。除EW向為張性正斷層外，其余均為壓扭性逆斷層，其中規(guī)模較大、延伸較遠、貫穿壩址區(qū)的斷層有F15、F10、F104、F101 四條，F(xiàn)15 斷層，近 SN向，傾向坡內55°～75°，出露于左岸900m高程附近，破碎帶寬達18.50m。F101斷層為NNW向，傾向坡內75°左右，破碎帶寬度變化較大，約0.02m～1.40m。F10斷層及F104斷層均位于右岸，其中F10斷層與F101為一組平行斷層，間距 2m～2.5m，走向 N37°～42°W，傾向NE∠77°～88°，F(xiàn)104斷層出露于875m高程附近，走向N13°～45°W，傾向NW∠63°～88°，為影響右岸拱座穩(wěn)定的主要結構面。

2.2 裂隙

壩址裂隙據(jù)統(tǒng)計有200多條，發(fā)育程度及切割強度受主干斷層F15控制，產狀及力學性質與主要斷層（F15、F10、F104、F101）一致，裂隙、節(jié)理很發(fā)育，按走向可分為近SN-NNW向、NW向、NE向，近EW向及緩傾角等5組，①SN-NNW向組，裂隙寬一般0.1cm～0.3cm，個別為0.5cm～5cm，綠色泥質充填，軟塑，局部為巖屑或泥夾巖屑充填，局部裂面平直光滑，以扭性為主。②NW向組與NE向組力學性質均以扭性為主，寬度約20cm，延伸長度約5.0m，裂面光滑，泥質充填或不充填。③EW向組，力學性質以張扭性為主，裂面粗糙，以直立的陡傾角為主，出露線平行于地形等高線。④緩傾角裂隙組，主要分布于河谷近谷地部位，走向大致平行地形走向，延伸長度2m～5m，以卸荷回彈張裂隙及巖漿冷凝原生節(jié)理為主。

根據(jù)壩址區(qū)地層巖性、地質構造及巖體風化程度，漢中市水利水電設計院地質組多次邀請有關專家商討，提出地質物理力學指標，附圖1即為拱壩軸線壩基巖體力學參數(shù)分區(qū)圖（力學參數(shù)表略）。

3 穩(wěn)定分析

首先分析兩岸巖體的工程地質及水文地質資料，了解巖石結構面以及結構面中填充物的物理力學特性，特別注意查明影響巖體滑動的主要軟弱結構面的產狀、不平整度、連同率、有無填充物和錯動情況，以及結構面的可能組合和拱座巖體內地下滲流的性質及分布特性，并合理選用設計參數(shù)。同時研究和確定作用在拱座上的各種作用力，并采用合理的穩(wěn)定分析方法。

3.1 滑動面的確定

根據(jù)地質資料分析，左岸地質條件較右岸差，根據(jù)各結構面的產狀，對以下幾種情況進行了穩(wěn)定分析計算。

3.1.1 左岸穩(wěn)定性分析

第一種，底滑面水平，側滑面為經過875m高程拱端上壩趾沿F15主走向N15°W的鉛直面（實際傾坡內），對不同高程以上切割的巖體進行整體穩(wěn)定分析。

第二種，側滑面仍為沿F15主走向的鉛直面，底滑面傾向下游10°，對不同高程（壩上游）以上切割的巖體進行整體穩(wěn)定分析。

第三種，側滑面按L14、L15或組裂隙主走向N10W的鉛直面（實際傾坡內），底滑面水平，對不同高程以上切割的巖體進行整體穩(wěn)定分析。

第四種，滑移面同第三種，分臺階（5m或10m）進行穩(wěn)定分析計算。

3.1.2 右岸穩(wěn)定性分析

側滑面按F104主走向N35°W的鉛直面，底滑面水平，分臺階（5m或10m）進行穩(wěn)定分析計算（從地質平切圖看），870m以上拱端穿過F104，860m～830m高程范圍各層拱端基本位于F104附近，計算中從860m高程處切剖面至830m高程）。

3.2 基本假定及地質力學參數(shù)的取值

（1）計算中假定滑體為剛體，不要考慮其中各部分的相對位移及力矩平衡條件，忽略拱壩內力重分布作用，不計算滑面（鉛直面）以外傾向坡內的巖體自重及滲壓。

（2）地質參數(shù)直接采用地質建議值。

3.3 滑移體上作用的荷載計算

作用在滑移體上的荷載包括拱端傳給巖體的三向推力，巖體上游面（庫內）所受水壓力，底、側滑面上的滲壓，底側滑面上巖體間的凝聚力和摩擦力以及滑體自重。

3.4 計算結果

采用剪摩公式計算。根據(jù)不同荷載組合計算各種滑動面組合情況下的穩(wěn)定安全系數(shù)，發(fā)現(xiàn)各工況下抗滑安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。左岸第二種、第四種滑動面情況下抗滑最為不利，最小安全系數(shù)為2.58。詳見表 1，表 2。

從剛體極限平衡理論計算的拱座穩(wěn)定安全系數(shù)分析，左岸應加強基礎處理工作，特別是拱端徑向及豎向抗滑安全幅度較小。

4 存在的問題及評價

4.1 存在的問題

（1）地質力學參數(shù)只能通過有限的幾個點或線去測定，不可能做到全面、準確。

（2）計算中的基本假定，主要指滑移面的假定不可能與實際完全相符。

（3）計算作用與可滑移體上的荷載與實際可能有所出入。

4.2 綜合評價

由于采用剛體極限平衡法進行穩(wěn)定分析中存在不同程度的假定，是一種較為粗略的方法，成果具有近似性。在云河這種地形、地質較為惡劣的條件下，雖對各種情況均做了計算，計算安全系數(shù)也達到設計要求，但計算中許多問題考慮不很嚴謹，應通過有限元分析或地質模型試驗結果予以驗證，并進行綜合評價。陜西水利

[1]潘家錚，黎展眉編.拱壩[M].水利電力出版社,1982年.

[2]《混凝土拱壩設計規(guī)范》（SL25-91）.水利電力出版社,1991年.

[3]《水工設計手冊》第五卷-混凝土壩[M].水利電力出版社,1982年.

[4]漢中市水利水電勘測設計院.南鄭縣云河水利水電工程初步設計報告[R]、南鄭縣云河水利水電工程初步設計地質報告[R].1997.

[5]王漢杰主編.水資源工程學[M].農業(yè)出版社，1990年.

[6]耿克勤、吳永平編.云河拱壩及壩肩巖體的三維非線性有限元分析[M]，中國水科院，1999年.