吳方方

（安徽省水利水電勘測設(shè)計院 安徽 合肥 230088）

董鋪水庫大壩壩坡穩(wěn)定分析

吳方方

（安徽省水利水電勘測設(shè)計院 安徽 合肥 230088）

大壩壩坡穩(wěn)定分析是水庫大壩安全評價中的基本組成部分。本文介紹了運用Autobank軟件對大壩壩坡穩(wěn)定進行分析計算的過程，籍以對類似工程提供借鑒。

Autobank；土壩；壩坡穩(wěn)定

1　工程概況

董鋪水庫位于長江流域巢湖支流南淝河正源上游，地處合肥市廬陽區(qū)西南部，壩址緊鄰合肥市西二環(huán)路，是一座以防洪和城市供水為主，兼顧生態(tài)補水及養(yǎng)殖功能的年調(diào)節(jié)水庫。水庫壩址以上集水面積207.5km2，總庫容2.42億m3，屬大（2）型水庫。水庫流域內(nèi)有滁河干渠及大蜀山分干渠穿過。水庫樞紐由大壩、泄洪涵洞、溢洪道和連通輸水隧洞等組成。

水庫1000年一遇設(shè)計洪水位31.22m，相應(yīng)最大泄量167m3/s；10000年一遇校核洪水位32.07m，相應(yīng)最大泄量382m3/s；PMF保壩水位34.32m，相應(yīng)最大泄量1628m3/s。汛限水位27.50m，正常蓄水位28.00m，死水位18.50m。總庫容2.42億m3，其中調(diào)洪庫容1.73億m3，興利庫容0.75億m3，死庫容0.02億m3。本工程等別為Ⅱ等，主要建筑物大壩、泄洪涵洞、溢洪道和連通輸水隧洞為2級建筑物。

2　地質(zhì)情況

董鋪水庫位于爐橋-吳山廟斷裂、橋頭集-東關(guān)斷裂、六安-合肥斷裂、大蜀山-吳山口斷裂切割的梯形地塊中，動峰值加速度為0.1g（50年超越概率10%），相應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度。大壩壩址處地層自上而下可分為以下幾個：

壩身填土（0層）以粉質(zhì)粘土和重粉質(zhì)壤土為主，局部為中粉質(zhì)壤土，棕黃色、灰黃色，稍濕-濕，硬塑，局部可塑，中等壓縮性，弱-微透水性。

②層：灰色重粉質(zhì)壤土，局部為輕壤土、砂壤土（老河槽處的ZK07～09孔附近），很濕，軟可塑，中等偏高壓縮性，中等-弱透水性。本層局部存在，主壩軸線上未發(fā)現(xiàn)，僅于主壩軸線下游部分地段分布。本層厚5.3～8.0m，頂板高程13.06～17.91m，層底高程6.06～12.21m。

③層：粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土，局部為中粉質(zhì)壤土（建設(shè)時期該層土劃分為兩層，分別為“第一層粘土、重砂質(zhì)粘土”和“第二層輕砂質(zhì)粘土”；“第二層輕砂質(zhì)粘土”與本報告的重、中粉質(zhì)壤土大致相對應(yīng)，主要分布在河槽段和臺中段。），棕黃、黃、棕褐、棕紅等色，稍濕，硬塑，中等壓縮性，微-極微透水性，具弱膨脹性。本層在南淝河河槽內(nèi)缺失，臺中段厚約6.5m，其余各段（除右壩頭外）厚度均大于10m，頂板高程與大壩清基面起伏變化一致。

④層：泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，又稱紅砂巖、紅層，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，根據(jù)風(fēng)化程度，可分為三個亞層：

④1層：全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，已成片狀，手掰可碎，以顆粒組成類似砂壤土-中壤土，灰白、紫紅等色，很濕，中密，局部密實，低壓縮性，弱透水性。已揭露厚度0.5～5.8m，層底高程泄洪洞處9.13～11.48m，河槽段及橫剖面03處為5.26～7.52m。

④2層：強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅、褐紅、紅等色，濕，，膠結(jié)較差，巖心一般呈塊狀，密實，低壓縮性，弱透水性。本層已揭露厚度0.8～3.2m，在壩軸線上層底高程2.89～2.98，上下游壩腳附近5.26～5.52m（泄洪洞上游壩腳處10.68m）。

④3層：弱、微風(fēng)化-新鮮泥質(zhì)粉砂巖，棕紅、紫紅等色，稍濕，結(jié)構(gòu)較致密，未揭穿，已見厚度>2.8m。

各層巖土的承載力、壓縮模量、抗剪強度、滲透性等指標推薦值見表1。

表1　壩身填土及地基土層的fk、Es、K等主要指標推薦值表

3　主要分析計算

大壩經(jīng)歷次加固后，長2876m，壩頂款5m，壩頂高程36.0m，另加1.0高防浪墻，墻頂高程37.0m，與崗地最高點齊平。大壩迎水坡采用干砌塊石護坡，在高程25.95m、17.95m分別設(shè)有2m寬戧臺，高程34.3m處設(shè)有1.4m寬戧臺，高程33.1m以下邊坡為1：3，高程34.3m以上邊坡為1：2，背水坡27.5m高程設(shè)有2.0m寬的平臺，平臺以上邊坡1：2，以下邊坡1：2.5，壩后除堆石貼坡排水以外全為草皮護坡。在樁號0+700～1+650（大壩右端為0+ 000）段壩后設(shè)有菱形堆石貼坡排水。

3.1計算方法和計算參數(shù)

大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法。選取大壩河床段最大橫斷面，采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法計算。采用河海大學(xué)《水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（Autobank3.7）》和《土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)slope4.1》程序進行分析計算。大壩壩體為均質(zhì)土壩，先計算出壩體浸潤線位置，再計算壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)。計算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)報告中的成果（見表1）選取。在抗滑穩(wěn)定計算中，穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法計算，庫水位降落期同時采用有效應(yīng)力法和總應(yīng)力法計算，取其中較小的安全系數(shù)。有效應(yīng)力法計算采用慢剪指標，總應(yīng)力法計算采用三軸固結(jié)不排水剪指標。

3.2計算工況和計算成果

計算工況有穩(wěn)定滲流期（庫水位為正常蓄水位28.0m、設(shè)計洪水位31.22m、保壩水位34.32m）、庫水位降落期（庫水位由28.0m降至21.7m、庫水位由31.22m降至22.7m）及地震工況下的穩(wěn)定滲流期。計算結(jié)果見圖1（限于篇幅，僅示出了庫水位由31.22m降至22.7m工況下的計算成果圖），壩坡滑動穩(wěn)定計算成果見表2。

圖1　非穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定庫水位從31.22m降至22.7m

3.3大壩穩(wěn)定安全評價

根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）第8.3.10條，當(dāng)采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)時，壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)應(yīng)不小于規(guī)范內(nèi)表8.3.10規(guī)定的數(shù)值。董鋪水庫大壩為2級壩，即壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在正常運用條件下為1.35，非常運用條件Ⅰ下為1.25，非常運用條件Ⅱ下為1.15。根據(jù)表2中的計算成果，上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)各工況下均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4　結(jié)束語

根據(jù)計算結(jié)果，大壩上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定在穩(wěn)定滲流期及庫水位降落工況和地震工況均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。結(jié)合大壩運行過程的沉降觀測資料得知，大壩沉降逐漸趨向穩(wěn)定，沒有發(fā)現(xiàn)危及大壩安全的大規(guī)模不穩(wěn)定滑坡體，近壩庫岸亦是穩(wěn)定的。故本次董鋪大壩安全評價中大壩結(jié)構(gòu)安全性分級為A級。

表2　壩坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

TV64

A

1673-0038（2015）36-0329-02

2015-8-16

吳方方（1983-），男，工程師，主要從事水利水電工程水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。