哈尔嘎廷郭勒沥青混凝土心墙坝坝坡稳定控制.pdf

广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I NG 2 0 1 6 ( 1 ) 规划设计 哈尔嘎廷郭勒沥青混凝土心墙坝坝坡稳定控制 袁磊 ( 新疆水利水电勘测设计研究院， 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 【 摘要 简介哈尔嘎廷郭勒水电站沥青混凝土心墙坝结构设计 ， 依据 碾压式土石坝设计规范 规定 ， 采用 土质边 坡稳定分析程序 ， 从线性和非线性指标两方面对大坝坝坡稳定控制过程进行详细分析和计算， 对坝体结构设计进 行佐证， 并有针对性地提出了安全加固措施。 【 关键词】 沥青混凝土心墙坝； 坝体结构； 稳定分析 ； 线性； 非线性 中图分类号】 T V 6 4 1 4 1 文献标识码】 B 文章编号】 1 0 0 3 1 5 1 0 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 3 1 0 4 1 概 述 哈尔嘎廷郭勒水电站是新疆开都河中游河段 水电规划的第二座梯级水电站， 水库总库容 1 6 4 亿 in ， 电站总装机容量 1 9 0 M W， 坝址区地震基本烈度 为度。枢纽由沥青混凝土心墙坝、 右岸溢洪洞 、 深孔泄洪洞 、 发电系统及坝后电站组成。 2 沥青混凝土心墙坝 2 1 坝体结构 沥青混凝土心墙坝 ， 坝长3 2 7 0 0 I n ， 最大坝高 9 6 0 0 IT I ， 坝顶高程2 1 7 6 0 0 n l ， 坝顶宽度为 l 0 0 m， 坝顶上游侧设置L 形防浪墙 ， 墙顶高程2 1 7 7 0 0 i n ， 墙高 1 2 m， 墙顶高出坝顶 1 0 I l l 。 坝体上游坝坡为1 ： 2 0 ， 并设两级马道 ， 马道宽 2 0 Il l 。一级马道高程2 1 4 6 5 0 n l ， 为上游混凝土护 坡底高程， 混凝土护坡厚0 2 m； 二级马道为上游围 堰顶高程2 1 1 8 0 0 i n ， 上游围堰与坝体结合 ， 最大断 面上游平均坡度 1 ： 2 0 4 2 。下游坝坡 1 ： 1 5 ， 并设 1 0 n l 宽 、 纵坡为 8 的“ 之 ” 字形上坝公路 ， 最大断面下游 平均坡度 1 ： 2 0 2 6 。下游设 0 8 I n 厚的堆石护坡 。坝 坡脚设弃渣堆置 区， 高程与坝后电站厂区平 台 同高 。 2 2 坝体分区及坝料填筑标准 坝体填筑分为沥青混凝土心墙区、 爆破料区、 过渡料 I区、 过渡料 区、 砂砾料区。 ( 1 ) 碾压式沥青混凝土心墙： 为垂直式， 墙体轴 线与坝轴线重合。心墙顶高程2 1 7 5 8 0 Ill ， 顶宽0 5 i n ， 最大断面底宽 1 2 m， 在底部做放大脚与混凝土基座 相连 ； ( 2 ) 爆破料区：为坝体主要支承结构。D = 8 0 0 mm， 小于 5 m m含量 3 0 ， 小于 0 0 7 5 mm含量 5 ， 要 求级配连续 ， 便于压实 。填筑标准为孑 L 隙率 n 2 0 ， 渗透系数不小 于 1 0 c m s ； ( 3 )过渡 料 I区 ： 位 于心 墙 两侧 ， 顶 高程 2 1 7 5 8 0 I n ， 水平 宽度 3 I n ， 采 用砂砾 石料 场 筛分 ， D ma x 0 8 5 ； ( 5 ) 砂砾料区： 包括上游围堰砂砾料区及坝体 基础砂砾料区。采用砂砾石料场全料， 填筑相对紧 密度 D rl0 8 5 。 2 3 坝基处理 左右岸心墙混凝土基座基础 ： 开挖至弱风化层 上部基岩上 。左 右岸 沥青混凝 土心墙 与基岩通 过 岸坡段心墙混凝土基座连接 。 河床部位心墙混凝土基座基础 ： 为砂砾石地 层 ， 厚7 4 9 6 m， 将砂砾石清除表面 0 5 m作为基 础， 砂砾石地基采用混凝土防渗墙防渗。为保证防 渗墙地表施工不受地下水干扰， 混凝土防渗墙顶高 【 收稿日期】 2 0 1 5 1 2 2 2 【 作者简介】 袁磊( 1 9 8 4 - ) ， 男， 新疆乌鲁木齐人， 新疆水利水电勘测设计研究院工程师， 学士， 主要从事水利水电工程设计工作。 31 袁 磊： 哈尔嘎廷郭勒沥青混凝土心墙坝坝坡稳定控制 程略高于河床 ， 顶高程 2 0 8 5 0 I n ， 厚 1 0 IT I ， 最大深 度 5 3 0 m。沥青混凝土心墙与混凝土防渗墙通过河 床段心墙混凝土基座连接。 3 坝坡稳定控制分析 3 1 计算方法 为保证土石坝在 自重 、 孔隙压力、 外荷载的作 用下， 具有足够的稳定性 ， 不致发生通过坝体或坝 基的整体或局部剪切破坏 。依据 碾压式土石坝 设计规范 ， 本工程坝坡稳定采用线性指标计算确 定。由于坝壳料为粗粒料， 故采用非线性指标验算 稳定 ， 求证。 坝坡稳定采用中国水利水电科学研究院的 土 质边坡稳定分析程序 ( S T A B 2 0 0 8 ) 嘲 计算， 计算方法 采用简化毕肖普法， 地震情况采用拟静力法。 3 2 坝坡稳定控制 本工程任务为发电及承担上游电站反调节作 用， 在上游电站未建成前 ， 适当增加水库消落深度 以改善下游梯级电站枯水期引水条件。 3 2 1 运行特点 ( 1 ) 正常运行工况下， 库水位变动区为2 1 7 2 0 0 2 1 4 9 5 0 m， 水位正常降落， 降速缓慢 ， 可形成稳定 渗流 ； ( 2 ) 水库库容大， 泄水建筑物分层布置， 没有快 速放空、 水位骤降情况； ( 3 ) 坝料渗透系数大于 1 0 c m s ， 透水性较大， 可自由排水。库水位正常降落时， 上游坝体内浸润 线随库水位降落 ， 孑 L 隙水压力基本消散， 降后水位 以上坝料为潮湿状态 ； ( 4 ) 校核洪水位持续的时间短， 不形成稳定渗流。 3 2 2 抗震标准 根据挡水建筑物级别 ， 确定坝址区地震基本烈 度为度 。大坝按基准期 5 0 年超越概率 1 0 的地 震动参数0 2 0 g 进行设计 ， 按基准期5 0 年内超越概 率5 的地震动参数0 2 5 g 进行复核。 3 2 3 计算工况 根据工程运行特点 ， 确定坝坡稳定计算工况 ， 控制土石坝的稳定( 见表 1 ) 。 表 1 坝坡稳定计算工况表 运用条件 计算工况 正常运用条件 上游水位2 1 7 2 0 0 m( 正常水位) ， 下游水位2 0 8 1 0 0 m， 稳定渗流期上 、 下游坝坡稳定 上游水位由2 1 7 2 0 0 mJ E 常降落至2 1 6 4 5 0 r n ， 下游水位2 0 8 1 0 0 m ， 稳定渗流期上游坝坡稳定 上游水位由2 1 7 2 0 0 mi E 常降落至2 1 5 7 0 0 r l l ， 下游水位2 0 8 1 0 0 m ， 稳定渗流期上游坝坡稳定 上游水位由2 1 7 2 0 0 mJ E 常降落至2 1 4 9 5 0 I n ， 下游水位2 0 8 1 0 0 i n ， 稳定渗流期上游坝坡稳定 非常运用条件 I 施工期( 竣工时) ， 上、 下游坝坡稳定 非常运用条件 正常水位稳定渗流期， 遇地震( 0 = l O ) 时上、 下游坝坡稳定 正常降落各水位稳定渗流期， 遇地震( 0 = l O ) 时上游坝坡稳定 3 2 4 计算参数 计算参数根据地质报告及相近工程类 比选取 ( 见表 2 ) 。 表2 沥青心墙坝坝坡稳定分析计算参数表删 注： 序号8 l O 为考虑水位正常变动时的参数。 3 2 3 2 5 线性指标计算结果 坝坡稳定线性指标计算结果详见表3 、 图 1 3 。 坝体上游侧， 在非常运用条件 的正常蓄水位 2 1 7 2 0 m和水位正常降落( 2 1 7 2 m到2 1 6 4 5 m) 工 况下， 滑弧最小安全系数略小于允许值， 该滑弧为 贴坡滑弧 ， 滑弧深度仅为 0 1 0 5 m。该范围内坝体 设有0 2 i n 厚的混凝土护坡板， 消除了坝体贴坡滑 弧的可能性 。故该 工况下 的贴坡 滑弧不 能代表整 体坝坡的抗滑稳定。 经计算坝坡抗滑稳定最小安全系数均大于允 许值。上、 下游坝坡是稳定的。 3 2 6 非线性指标计算结果 坝坡稳定非线陛指标计算结果详见详表4 和图4 。 经计算坝坡抗滑稳定最小安全系数均大于允 许值。上、 下游坝坡是稳定的。 广西水利水电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S &H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 6 ( 1 ) 表4 坝坡抗滑稳定计算最小安全系数( 非线性 ) 河 床砂 卵 砾石 混 凝土 防渗墙 图1 正常运用条件 河床 砂 卵砾 石 混凝 防渗 墙 图2 非常运用条件 l K =1 0 8 0 1 1 9 3 河床 砂 卵砾 石 混凝 土 防渗 墙 图3 非常运用条件 、 一 河床 砂 卵砾 石 混 凝士 防 渗墙 图4 各工况上、 下游坝坡稳定 4结 语 4 1 坝坡稳定计算结论 采用线性参数， 不能反映粗粒料内摩擦角随法 向应力 的增加而减小的特性 ， 不计 ( 咬合力 ) c 值 ， 又 低估了粗粒料的抗剪切能力 ， 使得贴坡滑弧起控制 作用。地震工况的计算安全系数偏低， 并存在上游 坝坡中上部浅层滑弧安全系数小于 1 1 5 的情况。 采用非线性参数， 在各种计算工况下 ， 坝体上 下游坝坡最小安全系数均满足规范标准， 控制性滑 弧基本为深层滑弧 。 4 2 安全措施 根据线性参数计算成果 ， 最不利部位是地震工 3 3 袁 磊： 哈尔嘎廷郭勒沥青混凝土心墙坝坝坡稳定控制 况下的上游坝坡中上部表层， 对该的上下游坝坡采 取抗震加固措施是必要的。 根据非线性参数计算成果 ， 在正常运用工况 下 ， 下游坝坡控制性滑弧 自坡脚以下河床覆盖层滑 出， 在下游坝坡脚设置弃渣堆置区， 对坝坡稳定是 有利的。 参考文献 1 】 D L T 5 3 9 5 - 2 0 0 7 碾压式土石坝设计规范 s 】 【 2 】 陈祖煜 土质边坡稳定分析 一原理 方法 程序【 M 】 北 京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 3 【 3 】 陈立宏 ， 陈祖煜 堆石非线性强度特性对高土石坝稳定 性的影响【 J J 岩土力学 2 0 0 7 ， 2 8 ( 9 ) ： 1 8 0 7 - 1 8 1 0 4 】 朱晓源 考虑非饱和土体的土石坝渗流与坝坡稳定分析 研究【 D 】 杭州 ： 浙江大学 2 0 0 6 5 】 刘珊珊 高振海 S T A B边坡稳定计算软件在蕉东闸桥_丁 程中的应用 J 】 广东水利水电 2 0 0 6 ( 6 ) ： 7 2 7 3 ， 7 6 ( 责任编辑： 周群) Da m s l o p e s t a b i l i t y c o n t r o l o f Ha 。_ 。 e r 。_ 。 g a 。_ - t i n g 。_ 。 g u o 。_ - l e a s p h a l t c o n c r e t e c o r e wa l l da m YUAN Le i ( X i n j i a n g Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o p o w e r I n v e s t i g a t i o n a n d D e s i g n I n s t i t u t e ， U r u mq i 8 3 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： A b rie f i n t r o d u c t i o n wa s ma d e o n t h e s t r u c t u r a l d e s i g n o f a s p h a l t c o n c r e t e c o r e w a l l d a m o f Ha e r - g a ri n g g u o l e H y d r o p o w e r P r o j e c t I n a c c o r d a n c e w i t h t h e D e s i g n c o d e f o r r o l l e d e a r t h r o c k 6 U d a m a d e t a i l e d c a l c u l a t i o n w a s c o n d u c t e d b y e a r t h b a n k s l o p e s t a b i l i t y a n a l y s i s p r o g r a m t o a n a l y z e t h e d a m s l o p e s t a b i l i t y c o n t r o l w i t h l i n e a r a n d n o n l i n e a r i n d e x e s ， a n d c h e c k t h e s t r u c t u r a l d e s i g n ， b a s e d o n wh i c h c o r r e s p o n d i n g r e i n f o r c e me n t me a s u r e s w e r e p u t f o r wa r d Ke y wo r d s ： As p h a l t c o n c r e t e c o r e w a l l d a m； s t ruc t u r e o f d a m b o d y ； s t a b i l i t y a n a l y s i s ； l i n e a r ； n o n l i n e a r ( 上接 第 2 8 页 ) De s i g n o f s t a t i o n i nf o r ma t i o n di s pl a y t e r mi na l o f h yd r o l o g i c a l t e l e m e t r y s y s t e m G0NG Ra n -h u i ( H y d r o l o g y a n d Wa t e r R e s o u r c e s B u r e a u o f B a i s e C i t y ， B a i s e 5 3 3 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： An i n t r o d u c t i o n w a s ma d e o n t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f h y d r o l o g i c a l t e l e me t r y s y s t e m i n B a i s e Ci t y I t wa s i m p o s s i b l e t o o b s e rve t h e d y n a mi c r a i n f a l l a n d r e g i me n d a t a i n t h e o f fi c e o f h y d r o l o g i c a l s t a t i o n ， b e f o r e a r e a l -t i me r a i n f a l l a n d r e g i me n i n t e l l i g e n t d i s p l a y t e r mi n a l wa s d e v e l o p e d T h i s d i s p l a y t e r mi n a l ma t c h e s t h e t e l e me t r y s y s t e m， p e rm i t s d i s p l a y o f r e a l t i me wa t e r l e v e l a n d r a i n f a l l i n o f fi c e ， h a s t h e c h a r a c t e ris t i c s o f s t a b l e d a t a t r a n s mi s s i o n ， 叩 一 c r a t i n g c o r r e c t l y a n d c l e a r d i s p l a y ， a n d s a t i s fi e s d a i l y mo n i t o rin g r e q u i r e me n t s o f h y d r o l o g i c a l s t a t i o n Ke y wo r d s ： Hy d r o l o g i c a l t e l e me t ry s y s t e m； w a t e r l e v e l ； r a i n f a l l a mo u n t ； d i s p l a y t e r mi n a l ； d e s i g n