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        查格亞面板堆石壩穩(wěn)定性分析

        2018-11-22 07:42:26何燕云朱愛莉
        東北水利水電 2018年11期
        關(guān)鍵詞:分析設(shè)計(jì)

        何燕云,朱愛莉

        (上??睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海200434)

        1 引言

        我國(guó)面板堆石壩起步較晚,但發(fā)展迅速,積累了相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和分析經(jīng)驗(yàn)。文中針對(duì)已建成完工的查格亞水電站大壩,依據(jù)原設(shè)計(jì)文件和相關(guān)的計(jì)算分析報(bào)告,復(fù)現(xiàn)設(shè)計(jì)方穩(wěn)定分析模型,將計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方成果進(jìn)行比較分析,并應(yīng)用國(guó)內(nèi)筑壩材料通用的鄧肯強(qiáng)度模型和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)分析查格亞大壩穩(wěn)定性,對(duì)國(guó)內(nèi)外不同強(qiáng)度模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,為類似工程穩(wěn)定分析提供參考。

        2 工程概述

        查格亞大壩位于南美秘魯,由巴西Intertechne公司設(shè)計(jì),為鋼筋混凝土面板堆石壩,主體工程于2015年底完工。壩頂高程1 202.5 m,壩頂寬11.2 m,壩頂長(zhǎng)度274 m,最大壩高210.5 m,寬高比1.30,河谷系數(shù)約1.5。上游邊坡1∶1.5,下游綜合邊坡1∶1.8,其中馬道間邊坡為1∶1.2(高程992.00~1 100.00 m)、1∶1.3~1∶1.33(高程1 100.00~1 202.50 m)。壩頂上游設(shè)置“L”型防浪墻,墻高5.5 m,頂高程1 204.00 m,下游側(cè)“L”型擋墻,墻高4.0 m。

        壩體從上游至下游主要分區(qū)依次為:任意料區(qū)(1B)、砂壤土或粉細(xì)砂鋪蓋料(1A)、鋼筋混凝土面板、擠壓邊墻、過渡層(2B)、上游堆石區(qū)(3B/3C’)、死區(qū)(T)、下游堆石區(qū)(3D)、下游基礎(chǔ)過渡區(qū)(3Ca/3C)、下游護(hù)坡(4區(qū)),在右岸壩體局部斷面,2B與3B區(qū)之間設(shè)置了3A、3B’(天然砂礫石料)。1A區(qū)頂部高程1 075.00m,采用砂壤土或粉細(xì)砂,墊層采用擠壓邊墻,除右岸的上游堆石區(qū)部分采用了砂礫料以外,其余堆石料3B、3C、3D區(qū)均采用了硬巖堆石料,T區(qū)采用了含砂的崩積層料。

        3 大壩邊坡穩(wěn)定分析

        3.1 穩(wěn)定分析模型復(fù)現(xiàn)

        設(shè)計(jì)方壩體穩(wěn)定分析采用了SLOPE/W軟件[1]、斯賓塞分析方法,文中采用相同的分析程序和計(jì)算方法,對(duì)大壩邊坡穩(wěn)定分析模型進(jìn)行復(fù)現(xiàn),采用與設(shè)計(jì)方穩(wěn)定分析報(bào)告中相同的幾何模型、材料參數(shù)和設(shè)計(jì)工況。

        原穩(wěn)定分析報(bào)告堆石體材料模型,采用德邁洛(de Mello,1977)表達(dá)式。德邁洛將堆石的非線性抗剪強(qiáng)度特性用指數(shù)形式表示:

        式中:τf為堆石料抗剪強(qiáng)度;σn為滑動(dòng)面上法向應(yīng)力;A、m為試驗(yàn)參數(shù)。德邁洛對(duì)馬薩爾大型三軸壓縮儀的堆石試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)出m的變化范圍為0.81~0.88,m愈小對(duì) τf影響愈大;一般m值為0.7~0.8。

        查格亞大壩堆石材料為灰?guī)r,A、m為參數(shù)分別取值2和0.875,與國(guó)內(nèi)參考文獻(xiàn)[2]中提到的幾種碾壓式堆石的A、m值相比,A取值較低,m取值較高。設(shè)計(jì)方用于壩體穩(wěn)定分析的材料參數(shù)見表1所示。

        表1 材料參數(shù)

        原設(shè)計(jì)方計(jì)算報(bào)告成果與文中復(fù)現(xiàn)模型校核成果詳見表2。計(jì)算結(jié)果表明,復(fù)現(xiàn)模型的安全系數(shù)與設(shè)計(jì)方設(shè)計(jì)安全系數(shù)基本一致,表明設(shè)計(jì)方分析模型準(zhǔn)確、可靠。

        表2 各工況安全系數(shù)

        3.2 非線性抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析

        查格亞大壩堆石的非線性抗剪強(qiáng)度,設(shè)計(jì)方采用了德邁洛公式,除3.1所述的德邁洛非線性抗剪強(qiáng)度公式外,國(guó)內(nèi)更為常用的是鄧肯(Duncan,J.)對(duì)數(shù)表達(dá)式。碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[3]第10.3.5條要求,混凝土面板堆石壩的粗粒料應(yīng)采用式(2)確定的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。

        堆石為無粘聚力材料(c=0),其抗剪強(qiáng)度可用內(nèi)摩擦角表示,其內(nèi)摩擦角與圍壓呈非線性關(guān)系[4][5],公式如下:

        堆石抗剪強(qiáng)度由下式表示

        為更好理解設(shè)計(jì)方強(qiáng)度參數(shù),同時(shí)也用國(guó)內(nèi)的強(qiáng)度公式對(duì)設(shè)計(jì)方結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,文中對(duì)復(fù)現(xiàn)模型采用國(guó)內(nèi)規(guī)范要求的鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式,堆石材料強(qiáng)度參數(shù)選用與查格亞壩體堆石(灰?guī)r)接近的天生橋一級(jí)壩體材料和珊溪壩體材料參數(shù),選取六組強(qiáng)度參數(shù)對(duì)運(yùn)行期工況的下游壩坡進(jìn)行了對(duì)比分析,分析結(jié)果見表3。

        表3 校核參數(shù)及對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)

        由計(jì)算結(jié)果可知:采用鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式計(jì)算的安全系數(shù)與設(shè)計(jì)方德邁洛公式計(jì)算的安全系數(shù)非常的接近,相差最大的是編號(hào)2,相差5.3%,亦在合理的偏差范圍。編號(hào)4強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算的結(jié)果與設(shè)計(jì)方計(jì)算結(jié)果相等,可以近似認(rèn)為德邁洛公式A、m參數(shù)分別取值2和0.875與鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式強(qiáng)度參數(shù)分別取50.5、10.0等效。由此可見:國(guó)內(nèi)外雖然采用不同強(qiáng)度公式,但計(jì)算的壩體穩(wěn)定安全系數(shù)與國(guó)內(nèi)通用公式和參數(shù)計(jì)算結(jié)果基本一致。

        4 結(jié)語

        文中通過復(fù)現(xiàn)已建成完工的查格亞大壩穩(wěn)定分析模型,校核了設(shè)計(jì)方的計(jì)算成果,并應(yīng)用國(guó)內(nèi)類似工程的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,分析結(jié)果表明,設(shè)計(jì)方采德邁洛強(qiáng)度公式和相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果,與采用國(guó)內(nèi)公式(鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式)及其參數(shù)所得安全系數(shù)基本一致。

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