甘肃永昌皇城水库大坝安全评价分析.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程V o l ,N o 年月H y d r oS c i e n c ea n dC o l dZ o n eE n g i n e e r i n gS e p,何永祥甘肃永昌皇城水库大坝安全评价分析J水利科学与寒区工程,():甘肃永昌皇城水库大坝安全评价分析何永祥(永昌县皇城水库管理所,甘肃 金昌 )摘要:为确保皇城水库大坝工程安全,本文以有限元法进行大坝渗流计算,在此基础上利用a u t o b a n k软件,对坝体不同工况的坝坡稳定和抗滑稳定计算分析,针对水库运行中存在的主要问题,对皇城水库大坝进行安全评价.结果表明:皇城水库渗流规律正常,各岩土材料渗透坡降均低于材料允许值,渗流安全性评定为A级;大坝、及隧洞等建筑物结构整体稳定,泄流安全,工程结构安全性评定为A级.关键词:安全评价;渗流安全;结构安全;有限元计算中图分类号:T V 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:作者简介:何永祥(),男,甘肃永昌人,工程师,研究方向为水利水电建筑工程.E m a i l:q q c o m.研究数据及方法 研究区概况皇城水库原名皇城滩水库,位于甘肃省张掖市肃南裕固族自治县皇城镇境内,南距青海省门源回族自治县 k m,北距永昌县城 k m,距金昌市区 k m.坝址位于东大河上游的骆驼脖子处,属石羊河流域,控制流域面积 k m,总库容 万m,是一座以工农业用水为主,结合防洪、发电的综合利用中型水库.水库正常蓄水位 m,汛期限制水位 m,最低运行水位 m.防洪标准为 a一遇,设计洪水位 m;a一遇洪水校核,校核洪水位 m.工程等别等,主要建筑物级别级,抗震设防烈度度 .计算断面和渗透系数的选取大坝共 布置 个 渗 流 压 力 测 点,位 于 、断面.因 断面较大,可用于对比计算浸润线和实测浸润线,验证计算成果合理性.因此,本次安全评价选取 为计算断面.根据大坝断面特点和历次地勘成果,将计算断面划分成砂砾石坝体、壤土斜墙、混凝土防渗墙、贴坡排水体、河床卵石覆盖层、基岩强风化带、基岩相对不透水层等分区.根据设计资料和 年安全鉴定资料.大坝 断面渗流计算各区渗透系数初始值见表.表大坝 断面渗流计算各区渗透系数初始值序号分区渗透系数Kx/c msKy/c ms砂砾石坝体 壤土斜墙 河床卵石覆盖层 贴坡排水体 混凝土防渗墙 基岩强风化层 基岩相对不透水层 坝坡抗滑稳定计算坝坡抗滑稳定计算根据规范选用简化毕肖普法,计算公式如下:K (WV)s e cu bs e ct a nc bs e c/t a nt a nK(WV)s i nMc/R()式中:W为土条重量,k N;V为垂直地震惯性力(向上为负,向下为正),k N;为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角,();u为作用于土条底面的孔隙压力,k N/m;b为土条宽度,m;为土条底面的内摩擦角,();c为土条底面的凝聚力,k P a;Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩,k Nm;R为圆弧半径,m.根据 水 库 大 坝 安 全 评 价 导 则(S L ),对级以下的中低坝,采用直接慢剪试验指标进行计算.年安全鉴定地勘试验方式为原状快剪和饱和快剪,因快剪试验参数偏安全,因此,本次复核计算仍采用前期地勘饱和快剪试验指标,各主要分区材料物理性质指标与力学参数见表.结果与分析 皇城水库大坝渗流安全分析 大坝渗透系数反演分析 年月日库水位(m)相对较高,以当日 断面渗流压力监测数据可绘制实测浸润线.年月日K 、K 、K 水位分别为 m、m、m,下游水位 m,以此水位为参照进行反演分析.以表中的初始渗透系数为基础,实测测压管水位为参照标准,做逐步调整渗透系数的反演计算,直至计算值与实测测压管水位较为接近.经调整 断面壤土斜墙渗透系数为 c m/s,渗流计算浸润线与实测浸润线较为接近.表各主要分区材料物理性质指标与力学参数土料分区物理指标/k Nm抗剪强度湿容重饱和容重s a t有效应力指标总应力指标凝聚力c/k P a内摩擦角/()凝聚力c/k P a内摩擦角/()斜墙壤土 坝体砂砾石料 坝基卵石 贴坡排水 基岩强风化层 基岩相对不透水层 特征水位下渗流计算分析以反演计算确定的 计算断面各区材料渗透系数为依据,作特征水位下渗流有限元计算分析,特征水位计算工况见表.表大坝 断面渗流场反演成果对比值断面计算工况上游水位/m备注正常蓄水位 下 游 水 位 取本 次 实 测 近坝 地 下 水 位 m 断面设计洪水位 校核洪水位 校核水位降落至汛限水位 壤土斜墙消杀约 的水头,起到了主要的防渗作用,渗流不会从下游坝坡出逸.混凝土防渗墙计算最大渗透坡降为 ,未超过混凝土防渗墙允许渗透坡降经验值 ,混凝土防渗墙渗透稳定.壤土斜墙下游渗流出口部位计算最大渗透坡降 ,根据 水利水电工程地质勘察规范(G B )计算得坝体壤土斜墙允许渗透坡降为 ,计算最大渗透坡降小于允许坡降值,且壤土斜墙下游与砂砾石坝体接触处设置厚 c m的反滤层,壤土斜墙下游渗流出口渗透稳定.三种工况下最大总渗漏量约为 万m/a,占多年平均来水量比例较小,因此,大坝渗漏量总体不大.综上可见,渗流计算复核表明大坝渗流安全 .输水发电隧洞、输水泄洪隧洞渗流安全评价输水发电隧洞(隧洞)与输水泄洪隧洞(隧洞)均设在大坝左岸,均为岩体中开凿的深式进口圆形压力隧洞,直径 m,纵坡/;进口底板高程均为 m,略高于坝址河床高程;岩石坚硬完整,透水性小,无软弱夹层,无大断层通过.两座隧洞工程地质条件总体较好.根据现第期何永祥甘肃永昌皇城水库大坝安全评价分析场检查情况,两座隧洞出口未见异常渗水现象,输水泄洪隧洞衬砌表面存在局部渗水、破损等缺陷,暂不影响工程安全运行,两座隧洞渗流基本安全.皇城水库大坝结构安全分析 计算成果分析计算采用河海大学开发的a u t o b a n k软件,对坝体不同工况的坝坡进行稳定计算.断面坝坡稳定分析计算成果见表.由计算成果可见,在正常运用条件及非常运用条件下,上、下游坝坡静力抗滑稳定安全系数均大于规范要求值.因此,大坝上、下游坝坡静力抗滑稳定性均满足规范要求.输水发电隧洞、输水泄洪隧洞结构安全评价输水发电隧洞、输水泄洪隧洞进水塔采用竖井式,整体稳定性好,不再进行结构安全复核.通过计算,输水发电隧洞、输水泄洪隧洞出口工作闸室在基本组合和偶然组合下,抗滑稳定及基底应力均满足要求,工程可安全运行.表坝坡稳定分析计算结果断面计算工况计算指标计算安全系数上游坝坡下游坝坡要求安全系数正常蓄水位 m 正常运用条件设计洪水位 m有效应力 断面死水位 m 校核洪水位 m有效应力 非常运用条件校核洪水位 m有效应力 骤降至汛限水位 m总应力 结论()大坝坝体坝基渗流和反滤排水设施完善,满足现行规范要求.复核计算与实测坝体坝基渗流压力、渗流量变化规律正常,渗透坡降均低于材料 允 许 值,三 种 工 况 下 最 大 总 渗 漏 量 约 为 万m/a,占多年平均来水量比例较小,因此,大坝渗漏量总体不大,不存在渗透稳定性问题.()输水发电隧洞与输水泄洪隧洞工程地质条件好,岩石透水性弱,现场检查输水泄洪隧洞衬砌表面存在局部渗水、破损等缺陷,虽不影响工程安全运行,需加强维修养护.()大坝上下游坝坡静力抗滑稳定复核计算满足规范要求,坝顶宽度、上下游护坡、步梯设置等满足规范要求,不存在危及安全的异常变形.综上所述,皇城水库大坝安全性评定为A级.参考文献:盛金保,向衍,杨德玮,等水库大坝安全诊断与智慧管理关键 技 术 与 应 用 J岩 土 工 程 学 报,():向衍,盛金保,刘成栋水库大坝安全智慧管理的内涵与应用前景J中国水利,():吕鹏,王晓玲,余红玲,等基于F D A的大坝渗流安全动态可拓评价模型J河海大学学报(自然科学版),():张丛彭,杨旭,雷鸣,等湖南怀化晒口水库安全评价分析J华 中 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版),():张向勇水库除险加固安全评价中坝体渗流的稳定性分析J水利科技与经济,():,王硕,沈振中,张文兵,等一种分析大坝安全状况的改进变权层次 分 析 法 J水 利 水 电 科 技 进 展,():王杰铁岭县范家屯水库大坝安全性分析J吉林水利,():中华人民共和国水利部水库大坝安全评价导则:S L S北京:中国水利水电出版社,中华人民共和国水利部碾压式土石坝设计规范:S L S北京:中国水利水电出版社,水利部溢洪道设计规范:S L S北京:中国水利水电出版社,中华人民共和国水利部水工隧洞设计规范:S L S北京:中国水利水电出版社,中华人民共和国水利部水利水电工程进水口设计规范:S L S北京:中国水利水电出版社,中华人民共和国住房和城乡建设部水利水电工程地质勘察规范:G B S北京:中国计划出版社,中华人 民 共 和 国 水 利 部,土 石 坝 安 全 监 测 技 术 规 范:S L S北京:中国水利水电出版社,中华人 民 共 和 国 水 利 部,水 工 混 凝 土 结 构 设 计 规 范:S L S北京:中国水利水电出版社,水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷