黃 歡，童鴻強(qiáng)，諶 星

(1.袁州區(qū)電力建設(shè)管理站，江西 宜春 336000；2.宜春市水土保持監(jiān)督監(jiān)測站，江西 宜春 336000；3.上高縣水利電力設(shè)計室 江西 宜春 336400)

1 工程概況

東谷水利樞紐位于江西省安?？h境內(nèi)的東谷河上，距安福縣城14 km，總庫容1.257億m3。水庫灌溉面積33.2萬畝，電站裝機(jī)16 MW，是一座以灌溉和發(fā)電為主，兼顧防洪及其他效益的綜合性大（2）型水庫。水庫大壩為粘土心墻土石壩，壩頂高程149.80 m，防浪墻頂高程151.00 m，最大壩高67.8 m，壩頂寬度8.0 m，壩頂長度291.0 m，上游設(shè)三級馬道，高程分別為135.00 m、119.00m、102.00 m，寬度為2.0 m；下游壩坡設(shè)兩級馬道和一級進(jìn)廠公路，高程分別為135.00 m、117.00 m、95.20 m，寬度分別為 2.0 m、2.0 m、8.0 m。上游壩坡坡比 1:2.5、1:2.75、1:3.0、1:3.5，下游壩坡坡比 1:2.0、1:2.25、1:2.5。下游高程 95.20 m以下為堆石棱體，棱體上游坡坡比為1:1.5，下游坡比1:1.5，頂寬8.0 m，棱體后設(shè)砼集水槽。大壩上游坡135.00 m高程馬道在施工過程中，經(jīng)設(shè)計同意以會議紀(jì)要的形式將馬道寬度改為3.5 m，馬道以上坡度改為1:2.4。

上游坡面高程135.00 m以下設(shè)置干砌石護(hù)坡，以上預(yù)制砼護(hù)坡；下游坡面在壩趾堆石體以上設(shè)置草皮護(hù)坡。

2 計算內(nèi)容及方法分析

據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)，東谷水庫樞紐工程等別為II等，主要永久性建筑物為2級，永久性次要建筑物為3級。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水位標(biāo)準(zhǔn)2000年一遇。依據(jù)有關(guān)規(guī)范，本次壩坡整體抗滑穩(wěn)定分析中的特征水位按上述防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核成果進(jìn)行計算。

2.1 計算工況

壩坡抗滑穩(wěn)定復(fù)核計算在防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核和滲流安全評價成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行，其具體工況如下：

(1)上游水位正常蓄水位148.00 m，下游水位為87.1 m時形成穩(wěn)定滲流的下游坡；

(2)上游水位設(shè)計洪水位148.00 m，下游水位為93.0 m時形成穩(wěn)定滲流的下游坡；

(3)上游水位校核洪水位149.35 m，下游水位為93.80 m時形成穩(wěn)定滲流的下游坡；

(4)上游水位由正常蓄水位148.00 m降至130.00 m時的形成非穩(wěn)定滲流的上游坡。

2.2 計算方法

依據(jù)《碾壓式土石壩規(guī)范》(SL274-2001)，壩坡靜力穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法，對于穩(wěn)定滲流期或水庫水位降落期，采用簡化畢肖普法進(jìn)行穩(wěn)定分析時，有效應(yīng)力法抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的公式為：

對于水庫水位降落期，采用簡化畢肖普法進(jìn)行穩(wěn)定分析時，總應(yīng)力法抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的公式為：

以上兩式中：c′、φ′為有效強(qiáng)度指標(biāo)；ccu、φcu為固結(jié)不排水總強(qiáng)度指標(biāo)；b為土條寬度；w為土條實(shí)重；w1為在壩坡外水位以上條塊實(shí)重；w1′為在壩坡外水位以上，浸潤線以下條塊浮重與浸潤線以下條塊實(shí)重之和；w2為在壩坡外水位以下的條塊浮重；Z為壩坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離；ui為水庫水位降落前壩體中的孔隙水壓力；u為穩(wěn)定滲流期或水庫水位降落期壩體中的孔隙水壓力；β為條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；γw為水容重。

本次壩坡穩(wěn)定復(fù)核采用了GeoStudio軟件中的slope模塊。該程序可同時用瑞典圓弧法、簡化畢肖普法算及M-P出圓弧滑裂面的安全系數(shù)，并找出相應(yīng)于簡化畢肖普法的最小安全系數(shù)及相應(yīng)的滑裂弧位置[1-2]。

2.3 孔隙水壓力的確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)，對于庫水位為設(shè)計洪水位及校核洪水位的穩(wěn)定滲流期的壩體、壩基孔隙水壓力的計算可以根據(jù)滲流分析計算所得的流網(wǎng)來確定，即流網(wǎng)圖中同一等勢線上任意一點(diǎn)的孔隙水壓力就等于該點(diǎn)到該等勢線與浸潤線交點(diǎn)的鉛直水頭壓力。有效應(yīng)力法計算上游坡穩(wěn)定時，水位驟降情況下，考慮孔隙水壓力的消散，利用非穩(wěn)定滲流期的成果計算，孔隙水壓力的確定方法同穩(wěn)定滲流期[3～4]。

3 計算斷面及參數(shù)的選取

3.1 計算斷面的選取

根據(jù)東谷水庫大壩壩體結(jié)構(gòu)、工程運(yùn)行狀況和地質(zhì)條件，壩坡整體抗滑穩(wěn)定計算斷面的選取與滲流安全分析所選取的斷面相同，土料分區(qū)見圖1。

圖1 壩體計算分區(qū)圖

3.2 計算參數(shù)的確定

計算參數(shù)的選?。?)砂礫石、堆石料、中細(xì)砂料及小碎石的參數(shù)采用初設(shè)報告中相應(yīng)的參數(shù)，石渣混合料采用經(jīng)驗值；2)粘土心墻采用本次檢測結(jié)果，計算參數(shù)值的選取以試驗算術(shù)平均值為標(biāo)準(zhǔn)值，有效應(yīng)力參數(shù)的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用試驗平均值，具體標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

表1 壩坡穩(wěn)定計算物理力學(xué)指標(biāo)取值表

4 計算成果分析

根據(jù)上述原理和參數(shù)取值，大壩的壩坡抗滑穩(wěn)定計算成果見表2和圖5。

據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)及東谷水庫水利樞紐工程建筑物等級，當(dāng)大壩處于正常運(yùn)用條件時，采用簡化畢肖普法計算所要求的壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35，當(dāng)大壩處于非常運(yùn)用條件時，相應(yīng)壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25。由表2可知，大壩的上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，其中下游坡最小安全系數(shù)均為1.55，因為邊坡失穩(wěn)都在淺層滑動中，滑動層在浸潤線以上，滲流場對滑坡穩(wěn)定沒有影響。沒有孔隙水壓力上游坡最小安全系數(shù)為1.29(有效應(yīng)力法)，均滿足規(guī)范要求。

按簡布法，正常情況下安全系數(shù)要求達(dá)到1.52，非常情況下1.30；按畢肖普方法計算，安全系數(shù)適當(dāng)提高，正常情況下安全系數(shù)達(dá)到1.67，非常情況1.39。按M-P法，正常情況下安全系數(shù)達(dá)到1.55，非常情況按1.29。因此，無論是正常情況，還是非常應(yīng)用情況，安全系數(shù)均滿足要求。

由圖5可知，上游壩坡穩(wěn)定其穩(wěn)定由水位驟降情況控制。水位驟降情況下，通過逐步計算瞬時滲流以及相應(yīng)的安全系數(shù)，壩坡安全系數(shù)呈選減小后增大的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在水位下降至143.00m附近，上游壩坡安全系數(shù)最小，相應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)為1.29，隨著庫水位驟降速度減緩，壩坡安全系數(shù)逐漸增大，達(dá)到1.60以上，并趨于平穩(wěn)。因此，上游壩坡能夠滿足抗滑穩(wěn)定要求。

圖2 校核洪水位下游坡K=1.517

表2 大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果表

圖3 設(shè)計洪水位下游坡K=1.517

圖4 正常蓄水位K=1.517

圖5 庫水位驟降最小安全系數(shù)K=1.29

圖6 庫水位驟降時最小安全系數(shù)變化過程

5 大壩結(jié)構(gòu)安全綜合評價

經(jīng)上述分析和計算可知，通過對壩坡穩(wěn)定分析和滲流場有限元計算，得出主要結(jié)論如下：

（1）經(jīng)復(fù)核，大壩整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本滿足規(guī)范要求。

（2）由于壩坡排水系統(tǒng)不完善，且壩體透水性高，當(dāng)遇特大暴雨時，壩體浸潤線抬高，壩坡存在失穩(wěn)可能。

綜上所述，依據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL258-2000)，大壩結(jié)構(gòu)安全性評為B級。