彭小川 宋月煒 穆全平 郝雪航

喀麥隆曼維萊水電站渠道高邊坡的設(shè)計(jì)與探討

彭小川 宋月煒 穆全平 郝雪航

曼維萊渠道存在高邊坡處理問題，需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算。采用了GEO-SLOPE軟件對渠道高邊坡穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算采用勘測報(bào)告并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)確定地質(zhì)參數(shù)，通過計(jì)算驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案下邊坡的穩(wěn)定性。

曼維萊 渠道 高邊坡 穩(wěn)定

1 研究背景介紹

曼維萊水電站位于喀麥隆共和國南部大區(qū)恩特姆省境內(nèi)，攔河壩位于恩特姆河上，電站采用引水徑流式開發(fā)，工程的主要任務(wù)是發(fā)電，最大引水流量450 m3/s。水庫總庫容為1.3億m3，電站裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量52.75 MW，總裝機(jī)容量211 MW。工程主要建筑物由首部擋水和泄水建筑物以及位于工程區(qū)左岸的引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物等組成。輸水明渠從進(jìn)水閘到壓力前池的總長度約為3 150 m，渠道縱坡為1/4 000，輸水明渠斷面采用梯形，土渠及石渠的底寬分別為15.0 m和25.0 m；邊坡分別為V∶H=1∶2和V∶H=1∶0.5。其中在樁號2+400段，存在高邊坡穩(wěn)定問題。

2 邊坡類別及安全系數(shù)

根據(jù)中國DL 5180—2003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定，本工程屬II等大(2)型工程，主要建筑物按2級建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按3級建筑物設(shè)計(jì)。引水渠道為主要建筑物，建筑物級別為2 級。根據(jù)DL/T 5353—2006《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，引水渠道工程區(qū)邊坡為A類邊坡，引渠為2級建筑物，因此渠道大開挖段邊坡安全級別為2級。采用平面剛體極限平衡方法中的下限解法計(jì)算邊坡穩(wěn)定時(shí)，按規(guī)范DL 5180—2003規(guī)定確定本工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 邊坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

3 計(jì)算方法

本文采用剛體極限平衡法，利用加拿大GEO-SLOPE公司的Geostudio巖土軟件中的邊坡穩(wěn)定分析SLOPE/W模塊進(jìn)行分析計(jì)算。SLOPE/W模塊用極限平衡理論對不同土體類型、復(fù)雜地層和各種滑移面形狀的邊坡中的孔隙水壓力分布情況進(jìn)行建模分析。

4 計(jì)算模型

根據(jù)現(xiàn)有邊坡，進(jìn)行模型簡化。根據(jù)地質(zhì)勘測報(bào)告并且結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)確定中有關(guān)地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)地形實(shí)際情況進(jìn)行建模。模型為二維平面模型，模型寬320 m，高80 m。計(jì)算模型及參數(shù)見圖1。

圖1 渠道邊坡計(jì)算模型

5 計(jì)算荷載

5.1 巖土體自重

在地下水位以上時(shí)，巖土體的自重采用天然重度，在地下水位以下時(shí)，則應(yīng)根據(jù)計(jì)算方法正確選擇。坡體上的建筑物，包括加固治理結(jié)構(gòu)物，應(yīng)作為坡體自重計(jì)算。巖土體的自重荷載由程序自動(dòng)加載計(jì)算完成。

5.2 地震荷載

根據(jù)曼維萊工程地質(zhì)報(bào)告，地震加速度(OBE)代表值為0.06g。

5.3 地下水荷載

邊坡各部位孔隙水、裂隙水或?qū)娱g承壓水的壓力應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)和地下水資料確定，采用地下水最高水位作為持久狀態(tài)水位。根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告，結(jié)合實(shí)際情況，考慮地下水對邊坡穩(wěn)定影響，計(jì)算中給出地下水位線。

5.4 計(jì)算工況

計(jì)算工況見表2。

表2 計(jì)算工況

6 計(jì)算結(jié)果及分析

在計(jì)算模型上加載，計(jì)算結(jié)果見圖2～5和表3。

圖2 左岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況1)

圖3 左岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況2)

圖4 右岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況1)

圖5 右岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況1)

工況位置安全系數(shù)允許安全系數(shù)狀態(tài)正常運(yùn)行工況1左岸邊坡1.530≥1.25永久工況地震工況工況2左岸邊坡1.292≥1.05偶然工況正常運(yùn)行工況1右岸邊坡1.500≥1.25永久工況地震工況工況2右岸邊坡1.256≥1.05偶然工況

計(jì)算結(jié)果表明曼維萊渠道高邊坡段邊坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。采用勘測報(bào)告并且結(jié)合現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的確定地質(zhì)參數(shù)作為模型的輸入?yún)?shù)，比較真實(shí)有效的反應(yīng)現(xiàn)場情況。邊坡已經(jīng)投入使用3年，邊坡穩(wěn)定均滿足要求，并未出現(xiàn)任何破壞，與本計(jì)算結(jié)果相符合。

TV732.6

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1007-6980(2017)03-0044-02

彭小川 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

宋月煒 男 助理工程師 山東省膠東調(diào)水工程蓬萊管理站 山東蓬萊 265600

穆全平 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

郝雪航 男 助理工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

2017-07-07)