王明斌 吳勇 梁洪

Simulation Study on Stability of Ash Storage Dam under Heavy Rainfall Conditions

摘要： 貯灰壩是火電廠的重要構(gòu)筑物，主要以筑壩的方式貯放粉煤灰渣。粉煤灰渣具有較好的滲透性，因此在貯灰壩建設(shè)和運(yùn)行中水是貯灰壩最大的安全隱患。文章主要模擬強(qiáng)降雨條件下貯灰壩的穩(wěn)定性，研究了降雨持時(shí)對(duì)貯灰壩穩(wěn)定性的影響。

Abstract： The ash storage dam is an important structure of the thermal power plant and it mainly stores fly ash slag in the form of dams. Fly ash slag has good permeability， so water is the biggest potential safety hazard of ash storage dam in the construction and operation. The article mainly simulates the stability of ash storage dams under heavy rainfall conditions， and studies the effect of rainfall duration on the stability of ash storage dam.

關(guān)鍵詞： 貯灰壩；降雨持時(shí)；數(shù)值模擬

Key words： ash storage dam；rainfall duration；numerical simulation

中圖分類號(hào)：TV64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）15-0099-02

0 引言

降雨是貯灰壩失穩(wěn)的重要誘因，這類災(zāi)害常會(huì)造成重大的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失，因此如何減少潰壩災(zāi)害對(duì)社會(huì)的危害，一直是世界各國(guó)政府所關(guān)心的重要議題。在大氣降雨時(shí)，雨水入滲使土體飽和度增加、吸力銳減，并引起抗剪強(qiáng)度大幅度下降，所以當(dāng)強(qiáng)降雨持續(xù)超過某種限度時(shí)，雨水入滲達(dá)到一定深度，則可導(dǎo)致灰壩失穩(wěn)而發(fā)生潰壩災(zāi)害。因此，研究降雨對(duì)貯灰壩穩(wěn)定性的影響以及準(zhǔn)確預(yù)報(bào)事故發(fā)生的可能性，是當(dāng)前亟待解決的一個(gè)復(fù)雜工程問題，具有重要的學(xué)術(shù)意義與實(shí)用價(jià)值。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，首先在研究區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘察及室內(nèi)試驗(yàn)研究，得到貯灰壩的物理力學(xué)指標(biāo)；然后，借助 MIDAS/GTS大型巖土有限元分析軟件，對(duì)強(qiáng)降雨條件的貯灰壩進(jìn)行了穩(wěn)定性模擬，研究了降雨持時(shí)對(duì)貯灰壩穩(wěn)定性的影響。

1 研究區(qū)概況

娃娃溝灰場(chǎng)屬于山谷型貯灰壩，初期壩為堆石棱體壩位置位于娃娃溝中部的狹窄段，距溝尾約1100m。棱體頂標(biāo)高暫擬定為510.0m，壩軸線長(zhǎng)約80m，最大高度約19m。棱體上、下游邊坡均為1：1.8，上游坡面設(shè)500g/m2土工布過濾層，上、下游邊坡均設(shè)干砌塊石護(hù)坡。初期堆石棱體清基后置于基巖上。初期壩之后已進(jìn)行了一、二、三、四級(jí)子壩的加高，各級(jí)子壩壩高均為10m。上游坡比均為1：3，下游坡比均為 1：4。目前貯灰場(chǎng)已堆灰至550m，壩體長(zhǎng)為 120m，全庫容為 750 萬m3。貯灰場(chǎng)剖面圖如圖1所示。

場(chǎng)區(qū)所在地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。夏季雨量充沛，時(shí)空分布不均，冬季雨量較少，常出現(xiàn)冬春干旱，夏秋洪澇現(xiàn)象。多年平均氣溫17.6℃，最高氣溫40.0℃，最低氣溫-1.9℃。多年平均總降水量1171.0mm，最大日降水量為 407mm。雨季一般始于4月下旬，到10月上旬結(jié)束，4～10 月份的降水量約占全年降水量的 83.8%，其特點(diǎn)是雨量集中且多暴雨。

2 計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)的選取

參照實(shí)際情況，選取貯灰場(chǎng)剖面作為貯灰壩幾何計(jì)算模型，整個(gè)灰壩由粉煤灰碾壓組成，且各向同性；計(jì)算剖面左右兩端邊界的初始地下水位面分別為0.5m 和0.2m，將其作為滲流的初始水位條件。灰壩降雨模型見圖2。

巖土體強(qiáng)度參數(shù)采用原狀土樣試驗(yàn)結(jié)果的平均值，計(jì)算參數(shù)值的選取見表1。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的降雨資料，本次假定降雨強(qiáng)度為408mm/d的極端天氣下降雨持時(shí)分別為6h、12h、18h、24h的4種降雨情況進(jìn)行數(shù)值模擬。

3 降雨作用下的模擬計(jì)算結(jié)果及分析

分析結(jié)果如以圖3～圖7所示，無降雨情況下的孔隙水壓力分布見圖3，降雨6h、12h、18h、24h后的孔隙水壓力分布圖見圖4～圖7。綜上，降雨6小時(shí)后初期壩表面開始形成飽和區(qū)，降雨12小時(shí)后一級(jí)子壩表面開始形成飽和區(qū)，降雨18小時(shí)后二級(jí)子壩表面開始形成飽和區(qū)，降雨24小時(shí)后整個(gè)貯灰壩表面開始形成飽和區(qū)，并且初期壩接近30%處于飽和狀態(tài)。

4 結(jié)論與建議

本文應(yīng)用MIDAS/GTS有限元軟件探討了降雨入滲過程中貯灰壩孔隙水壓力的變化情況，并進(jìn)行了模擬計(jì)算和分析，得出以下結(jié)論：隨著降雨時(shí)間的增長(zhǎng)，貯灰壩逐漸形成飽和區(qū)，對(duì)貯灰壩的安全運(yùn)行帶來隱患。為了貯灰壩的安全運(yùn)行，建議增加防洪排洪措施，應(yīng)在汛期加強(qiáng)巡視，對(duì)降雨期間貯灰壩形成的飽和區(qū)及時(shí)進(jìn)行疏導(dǎo)。

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