坝体稳定计算书.doc

1坝顶高程及护坡计算
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2023），坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用条件计算，取其最大值：①正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；②设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。考虑坝前水深、风区长度、坝坡等因素的不同，分别计算安全加固前后主坝及一、二、三副坝的坝顶高程。
计算波浪要素所用的设计风速的取值：正常运用条件下，采用数年平均年最大风速的1.5倍；对于非常运用条件下，采用数年平均年最大风速。根据水库所处的地理位置，数年平均年最大风速值采用15.2m/s计算。主坝风区长度为886m，西营副坝风区长度为200m，马尾副坝风区长度为330m
采用公式法进行计算。
1.1坝顶超高计算
根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2023，坝顶在水库静水位的超高应按下式计算：
y=R+e+A
式中：R——最大波浪在坝坡上的爬高（m）；
e ——最大风壅水面高度（m）；
A——安全超高（m），对于3级土石坝，设计工况时A=0.7m，校核工况时A=0.4m；
1.2加固前坝顶超高的计算
1.2.1计算参数
各大坝计算采用的参数见表1.2.1.1～2。

表1.2.1.1 主坝加固前波浪护坡计算参数表
计算工况
水位（m）
坝前水深（m）
平均水深h（m）
风速Vw（m/s)
吹程（m）
边坡m
糙率K△
超高（m）
正常蓄水位地震工况
13.5
11.5
8.12
15.2
866
0.7
0.9
1.5
设计50年一遇洪水
15.29
13.29
8.46
22.8
866
0.7
0.9
0.7
校核102023一遇洪水
16.23
14.23
9.4
15.2
866
0.7
0.9
0.4

表1.2.1.2 西营副坝加固前波浪护坡计算参数表

计算工况
水位（m）
坝前水深
平均水深h（m）
风速Vw（m/s)
吹程（m）
边坡m
糙率K△
超高（m）
正常蓄水位地震工况
13.5
4.5
4.5
15.2
200
2
0.8
1.5
设计50年一遇洪水
15.29
5.29
5.29
22.8
200
2
0.8
0.7
校核102023一遇洪水
16.23
6.23
6.23
15.2
200
2
0.8
0.4

1.2.2加固前坝顶高程复核
各坝坝顶高程计算成果见表1.2.2.1～2
表1.2.2.1 主坝加固前坝顶高程计算成果表
项目
正常蓄水位地震工况
设计50年一遇洪水
校核102023一遇洪水
备注
水位(m)
13.5
15.29
16.23

累积概率爬高R(m)
0.759
1.245
0.753

风壅水面高度e(m)
0.003
0.006
0.003

安全加高A(m)
1.5
0.7
0.4

坝顶超高y(m)
2.262
1.951
1.155

坝顶高程(m)
15.762
17.241
17.385

从表1.2.2.1可以看出，校核工况下主坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.39m，小于现状防浪墙顶高程17.41~17.63m ，现坝顶高程满足现行规范的规定。
表1.2.2.2 西营副坝加固前坝顶高程计算成果表
项目
正常蓄水位地震工况
设计50年一遇洪水
校核102023一遇洪水
备注
水位(m)
13.50
15.29
16.23

累积概率爬高R(m)
0.543
0.933
0.494

风壅水面高度e(m)
0.002
0.004
0.001

安全加高A(m)
1.5
0.7
0.4

坝顶超高y(m)
2.045
1.637
0.895

坝顶高程(m)
15.545
16.927
17.125

从表1.2.2.2可以看出，校核工况下西营副坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.125m，西营副坝现状坝顶高程16.9~17.75m，无防浪墙，现有坝顶高程不完全满足现行规范规定。
马尾副坝，事实上是一个浆砌石防洪墙，墙后有约2.2~3.0m宽的土坝，浆砌石防洪墙顶高程为16.50m，小于校核洪水位，所以现有坝顶高程不满足现行规范规定。
1.3加固后波浪护坡的计算
1.3.1计算参数
各大坝上游护坡加固后计算参数见表1.3.1.1～3。
表1.2.1.1 主坝加固后波浪护坡计算参数表
计算工况
水位（m）
坝前水深（m）
平均水深h（m）
风速Vw（m/s)
吹程（m）
边坡m
糙率K△
超高（m）
正常蓄水位地震工况
13.5
11.5
8.12
15.2
866
2
0.9
1.5
设计50年一遇洪水
15.29
12.79
8.46
22.8
866
2
0.9
0.7
校核102023一遇洪水
16.23
13.73
9.4
15.2
866
2
0.9
0.4

表1.2.1.2 西营副坝加固前波浪护坡计算参数表

计算工况
水位（m）
坝前水深
平均水深h（m）
风速Vw（m/s)
吹程（m）
边坡m
糙率K△
超高（m）
正常蓄水位地震工况
13.5
4.5
4.5
15.2
200
2.5
0.9
1.5
设计50年一遇洪水
15.29
5.29
5.29
22.8
200
2.5
0.9
0.7
校核102023一遇洪水
16.23
6.23
6.23
15.2
200
2.5
0.9
0.4

表1.2.1.3 马尾副坝加固前波浪护坡计算参数表

计算工况
水位（m）
坝前水深
平均水深h（m）
风速Vw（m/s)
吹程（m）
边坡m
糙率K△
超高（m）
正常蓄水位地震工况
13.5
5.5
5.5
15.2
330
2.5
0.9
1.5
设计50年一遇洪水
15.29
7.29
7.29
22.8
330
2.5
0.9
0.7
校核102023一遇洪水
16.23
8.23
8.23
15.2
330
2.5
0.9
0.4
1.3.2加固后坝顶高程复核
各坝坝顶高程计算成果见表1.3.2.1～3
表1.3.2.1 主坝加固后坝顶高程计算成果表
项目
正常蓄水位地震工况
设计50年一遇洪水
校核102023一遇洪水
备注
水位(m)
13.5
15.29
16.23

累积概率爬高R(m)
0.759
1.774
1.068

风壅水面高度e(m)
0.003
0.007
0.003

安全加高A(m)
1.5
0.7
0.4

坝顶超高y(m)
2.262
2.48
1.47

坝顶高程(m)
15.762
17.77
17.70

从表1.3.2.1可以看出，设计工况下主坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.70m，小于加固后防浪墙顶高程17.80m，满足现行规范的规定。
表1.3.2.2 西营副坝加固后坝顶高程计算成果表
项目
正常蓄水位地震工况
设计50年一遇洪水
校核102023一遇洪水
备注
水位(m)
13.50
15.29
16.23

累积概率爬高R(m)
0.512
0.857
0.490

风壅水面高度e(m)
0.002
0.003
0.001

安全加高A(m)
1.5
0.7
0.4

坝顶超高y(m)
2.014
1.56
0.891

坝顶高程(m)
15.514
16.85
17.121

从表1.3.2.2可以看出，校核工况下一副坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.121m，小于加固后坝顶高程17.20m，满足现行规范的规定。
表1.3.2.3 马尾副坝加固后坝顶高程计算成果表
项目
正常蓄水位地震工况
设计50年一遇洪水
校核102023一遇洪水
备注
水位(m)
13.50
15.29
16.23

累积概率爬高R(m)
0.620
1.046
0.594

风壅水面高度e(m)
0.002
0.004
0.001

安全加高A(m)
1.5
0.7
0.4

坝顶超高y(m)
1.323
1.751
0.996

坝顶高程(m)
14.823
17.041
17.226

从表1.3.2.3可以看出，校核工况下二副坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.226m，小于加固后坝顶高程17.30m，满足现行规范的规定。
1.3.3护坡计算
西坑水库各大坝均采用砼护坡加固，面板厚度t按下式计算：

式中η——系数，对整体式大块面板取1.0，对装配式护面板取1.1；
hp——累积频率为1%的波高，m；
b——沿坝坡向板长，m；
ρc——板的密度，t/m3，
Lm——平均波长。
根据新疆水利水电程序集中《波浪护坡计算程序K—5》的计算结果，各坝砼护坡面板厚度见下表：
表1.3.3.1 砼护坡厚度计算成果表 单位：m

正常工况
设计工况
校核工况
备注
主坝
0.063
0.113
0.063

2.坝坡渗流及稳定分析
2.1 计算原理和方法
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2023），坝体抗滑稳定复核采用简化毕肖普法。稳定渗流期应用有效应力法计算，施工期和库水位降落期应同时用有效应力法和总应力法，以较小的安全系数为准。
简化毕肖普法计算公式为：

式中：W——土条重量；
V——垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；
u——作用于土条底面的孔隙压力；
——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；
b——土条宽度；
、——土条底面的有效应力抗剪强度指标；
Mc——水平地震惯性力对圆心的力矩；
R——圆弧半径。
静力计算时，地震惯性力应等于零。若采用总应法，孔隙压力u=0，其相应的抗剪强度指标采用总应力强度指标。坝体土条条块重量及孔隙压力的计算等均应按《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2023）附录D.2.3执行。
2.2计算工况
本次坝坡渗流及稳定分析，按以下七种工况考虑：
⑴上游为正常蓄水位13.50m和相应下游水位的上、下游坝坡；
⑵上游为设计洪水位15.23m和相应下游水位的上、下游坝坡；
⑶上游为校核洪水位16.17m和相应下游水位的上、下游坝坡；
⑷施工期完建期的上、下游坝坡。
⑸库水位从正常蓄水位13.50m降至死水位时的上游坝坡；
⑹库水位从校核洪水位16.17m降至正常蓄水位13.50m时的上游坝坡；
⑺上游为正常蓄水位13.50m遇地震时的上、下游坝坡。
其中⑴⑵两种工况属于正常运用条件，⑶⑷⑸⑹四种工况属于非常运用条件I，⑺工况属于非常运用条件II。
2.3计算断面选择和计算参数选取
本次设计根据坝体高度、长度、地质条件的不同，主坝选择了两个计算断面，两个副坝各选择了一个计算断面，总4个断面进行渗流和抗滑稳定计算复核。各土层地质参取均采用地质报告成果，详见表2.4.2.1。
2.4计算结果及分析
2.4.1渗流计算
渗流计算采用河海大学工程力学研究所编写的“水工结构有限元分析系统Autobank v5.5(网络版)”进行，计算方法采用有限元法。主坝渗流出逸坡降、渗流量计算成果见表：

表2.4.1.1 加固后各坝渗流计算成果表
计算工况
坝别
正常蓄水位13.50m
设计洪水为15.29m
校核水位16.23m
主坝
(0+125)
出逸点高程（m）
2.57
2.83
2.96
坝体出逸比降
2.58
1.04
1.14
坝基出逸比降
0.12
0.14
0.17
渗流量
100
142
164
主坝
(0+175)
出逸点高程（m）
2.75
3.00
3.13
坝体出逸比降
0.09
0.10
0.94
坝基出逸比降
0.01
0.01
0.21
渗流量
139
187
214
注：表中渗流量单位为10-5m3/(s.m)。
主坝渗流出口均落在反滤体上游面。
马尾副坝在正常水位（13.50）时，水位低于坝基高程（14.30），不存在渗流安全问题；在设计水位（15.29）和校核水位（16.23）时，计算成果见下表：
表2.4.1.2 加固后马尾坝渗流计算成果表
计算工况
坝别
设计洪水为15.29m
校核水位16.23m
马尾副坝
出逸点高程（m）
14.18
14.18
坝体出逸比降
0.07
0.16
坝基出逸比降
0.03
0.04
渗流量
25.3
48.5
注：表中渗流量单位为10-5m3/(s.m)。
西营副坝坝体很长，坝基高程为15.00，不会发生渗流安全问题。
根据坝体颗分结果，该坝填土属重壤土，依据《水工设计手册4土石坝》4-65页，土石坝第六节坝体防渗结构，对于良好压实的壤土，允许渗透比降为4~6。因此，出逸点渗透破坏判断标准为：排水棱体以下出逸比降不大于4，排水棱体以上坝坡及下游坝基表面的出逸比降不大于地质报告提供的允许值，则不会发生渗透破坏。从计算结果来看加固后出逸比降、渗漏量，均在正常范围，加固方案可性。
2.4.2坝坡稳定计算
稳定分析计算采用水利部黄委设计院和河海大学工程力学研究所联合研制的“土石坝稳定分析系统HH-Slope r1.2(网络版)”软件进行，用有效单元法计算。加固后坝坡稳定计算结果见表2.4.2.2。
依据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2023，采用简化毕肖普法计算，3级土坝正常运用条件下抗滑稳定安全系数不得小于1.3，非常运用条件Ⅰ抗滑稳定安全系数不得小于1.2，非常运用条件Ⅱ（地震工况）不小于1.15。

表2.4.2.1 稳定及渗流计算地质参数选取表
坝别
地层名称
施工完建期
总应力指标
骤降期
总应力指标
有效应力指标
渗透系数(cm/s)
湿容重
饱和容重
孔隙率
Cu
Φu
Ccu
Φcu
C'
Φ'
大值
小值
(kN/m3)
(kN/m3)
n
主坝
（0+125）
堤身
料场土 Ⅰ
30.1
36.1
29.0
36.5
33.0
38.0
1.6e-4
1e-4
18.66
20.86
0.2992
填筑土 Ⅱ
10
17.0
15
23
25
23.5
5.61e-4
4.48e-5
18.5
18.95
0.4273
堤基
粉质粘土 Ⅲ
10.2
13.2
10
18
13
22
2.04e-6
2.04e-6
18.8
18.99
0.4166
粗砂 Ⅳ
0
28
0
30
0
32
8.21e-3
3.4e-3
21.8
22.13
0.2948
全风化岩 Ⅴ
25
20
23
22.4
30
26
8.2e-5
6e-6
18.9
19.51
0.3027
主坝
（0+175）
堤身
料场土 Ⅰ
30.1
36.1
29.0
36.5
33.0
38.0
1.6e-4
1e-4
18.66
20.86
0.2992
填筑土 Ⅱ
10
17.0
15
23
25
23.5
5.61e-4
4.48e-5
18.5
18.95
0.4273
堤基
淤泥 Ⅲ
8
5
10
15
14
20.5
4.5e-5
4.5e-5
15.5
15.70
0.6189
粉质粘土 Ⅳ
10.2
13.2
10
18
13
22
2.04e-6
2.04e-6
18.8
18.99
0.4166
粗砂 Ⅴ
0
28
0
30
0
32
8.21e-3
3.4e-3
21.8
22.13
0.2948
残积土 Ⅵ
20
18
25
20
25
24
4.32e-4
8.51e-5
17.8
18.73
0.4580
马尾
副坝

堤身
料场土 Ⅰ
30.1
36.1
29.0
36.5
33.0
38.0
1.6e-4
1e-4
18.66
20.86
0.2993

残积土 Ⅱ
15
18
10
20
10
24
5.5e-4
5.5e-4
16.5
18.76
0.4726
西营
副坝

堤身
料场土 Ⅰ
30.1
36.1
29.0
36.5
33.0
38.0
1.6e-4
1e-4
18.66
20.86
0.2992
填筑土 Ⅱ
10
17
15
23
25
23.5
5.5e-4
5.5e-4
16.5
18.76
0.4726
堤基
残积土 Ⅲ
20
18
25
20
20
25
1.35e-4
2.58e-5
17.9
19.08
0.4533

表2.4.2.2 加固后各坝稳定成果表
计算工况
坝别
正常蓄水位
13.50m
设计洪水位
15.29m
校核洪水位
16.23
施工完建期
正常蓄水位降到死水位6.0m
校核洪水位降到正常蓄水位
正常蓄水
遇地震
主坝（0+125）
上游坡
2.85
3.12
3.28
1.68
2.28
2.85
2.26
下游坡
1.65
1.54
1.49
1.45
/
/
2.54
主坝（0+175）
上游坡
2.51
2.76
3.02
1.25
2.07
2.58
2.51
下游坡
1.75
1.63
1.58
1.46
/
/
2.52
马尾副坝
上游坡
/
1.95
2.20
1.89
/
/
/
下游坡
/
1.94
1.85
2.60
/
/
/
西营副坝
上游坡
/
/
/
4.78
/
/
/
下游坡
/
/
/
4.35
/
/
/
从计算结果可以看出，加固后各坝抗滑稳定安全系数均满足规范规定。