【正文】 大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析 穩(wěn)定計(jì)算方法及原理 本工程穩(wěn)定計(jì)算采用 有限元分析軟件，該程序可用于各種防滲排水措施土石壩、邊坡的穩(wěn)定計(jì)算，可直接讀入同樣是該軟件計(jì)算的滲流計(jì)算結(jié)果，在大范圍內(nèi)對(duì)多種土質(zhì)組成的任何邊坡形狀進(jìn) 行搜索，計(jì)算確定堤壩邊坡及其它土坡圓柱形破壞 38 面的穩(wěn)定安全系數(shù)。瑞典圓弧法確定安全系數(shù)的計(jì)算公式為： ???????? niiisiiniiiiwwiiiRdwcwbhhbcF11)/s i n(]tanc o s)(s e c[?????? 式中：θ i—— i 號(hào)土條底部中點(diǎn)切線的傾角 wi—— i號(hào)土條重量， wi=vhibi cs—— 地震系數(shù) α i—— i號(hào)土條的力臂 R—— 圓弧半徑 穩(wěn)定計(jì)算工況 根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》第 條之規(guī)定，大壩滲流及穩(wěn)定計(jì)算工況應(yīng)為水庫(kù)運(yùn)用期可能遇到的工作條件，即： a、水庫(kù)水位為正常蓄水位 時(shí)的上下游壩 坡穩(wěn)定 —— 正常工作條件； b、水庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位 時(shí)的上下游壩坡穩(wěn)定 —— 正常工作條件； c、水庫(kù)水位為校核洪水位 時(shí)的上下游壩坡穩(wěn)定 —— 非正常工作條件； d、水庫(kù)水位在 72h 內(nèi)從校核水位 降至死水位 1316m 的上下游壩坡穩(wěn)定 —— 非常工作條件。 穩(wěn)定計(jì)算的參數(shù) 滲流計(jì)算參數(shù)采用地勘報(bào)告建議值，塊石砌體物理力學(xué)指標(biāo)參照類似工程取用，如表 81。 大壩土、石料物理力學(xué)指標(biāo)表 表 81 參數(shù) 土類 濕容重 (KN/m3) 飽和容重r(KN/m3) 滲透系數(shù) cm/s C KPa ψ (176。 ) 壩體土 104 30 12 塊 石 / 0 40 穩(wěn)定計(jì)算成果 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 82和圖 8 8 8 84。 穩(wěn)定分析計(jì)算成果表 表 82 壩坡 計(jì)算工況 安全系數(shù) 規(guī)范允許值 上游 下游 39 上下游壩坡 正常 蓄水位 ，壩體形成穩(wěn)定 滲流 設(shè)計(jì)洪水位 1331m， 壩體形成穩(wěn)定滲流 校核洪水位 ， 壩體形成穩(wěn)定滲流 上下游壩坡 核洪水位 1331,2m，驟降至死水位 1316m 壩體在正常蓄水位時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算成果圖 圖 81 壩體在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算成果圖 圖 82 壩體在校核洪水位時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算成果圖 40 圖 83 結(jié)論 根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（ SL18996）之規(guī)定，對(duì)于 5 級(jí)建筑物（土石壩）非常運(yùn)用條件的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)達(dá)到 ，正常運(yùn)用條件的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)達(dá)到 。由以上計(jì)算結(jié)果可知，壩體上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在正常運(yùn)用條件、非常運(yùn)用條件均小于規(guī)范要求，壩體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 溢洪道 XX 水庫(kù)溢洪道位于壩體右岸，為引水明渠，明渠邊墻垮塌，渠底損毀，無(wú)泄洪能力。 放水建筑物 存在的問(wèn)題 XX 水庫(kù)放水設(shè)施臥涵管放水塔， 目前臥管老化，放水孔堵塞困難。 水力計(jì)算 進(jìn)水孔進(jìn)水量按公式 gHQ 2??? 計(jì)算： 式中： Q—— 流量（ m3/s） H—— 庫(kù)水位至孔口水深（ m） ω —— 孔口出流面積（ m2） μ —— 流量系數(shù)，水孔出流μ =~，在此取 經(jīng)計(jì)算，放水孔能滿足工程放水要求。 壩頂 41 壩頂超高 XX 水庫(kù)庫(kù)區(qū)多年平均最大風(fēng)速 ，瞬時(shí)最大風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速的 倍，取值 ，吹程 D=，參考部頒《水利 水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL2522021 與《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021），計(jì)算永久性擋水建筑物的壩頂超高，壩頂高程應(yīng) 等于水庫(kù)靜水位與超高之和，應(yīng)分別按以下運(yùn)行情況計(jì)算，取其最大值： （ 1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高； （ 2）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高； 波浪爬高采用《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021）附錄 A 中公式計(jì)算。根據(jù)水文資料， XX 水庫(kù)多年平均最大風(fēng)速 ，瞬時(shí)最大風(fēng)速 ，壩體吹程 。本水庫(kù)大壩為 5級(jí)建筑物，根據(jù)《水利 水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522021），大壩安全加高，設(shè)計(jì)洪水情況為 ，校核洪水情況為 。壩頂高程計(jì)算成果見(jiàn)表86。 水庫(kù)壩頂高程計(jì)算成果表 表 86 項(xiàng) 目 正常運(yùn)用 (p=5%) 非常運(yùn)用 (p=%) 計(jì)算風(fēng)速 V(m/s) 19 吹 程 D(km) 風(fēng)浪爬高 R (m) 壩前水位壅高 e(m) 忽略 忽略 安全加高 hc(m) 壩頂超高 △ h(m) 水 庫(kù)靜水位 (m) 計(jì)算所需壩頂高程 (m) 現(xiàn)狀壩頂高程 (m) 1331 1331 結(jié)論：由計(jì)算結(jié)果知，壩體最大計(jì)算壩頂高程為 ，大壩實(shí)際壩頂高程為1331m，不滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021）的要求。 壩頂結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在壩體壩頂寬度為 ～ m，不滿足規(guī)范 SL18996 規(guī)定要求。 近壩庫(kù)岸及結(jié)合部位的變形與穩(wěn)定評(píng)價(jià) XX 水庫(kù)位于珍溪場(chǎng)向斜南東翼，巖層產(chǎn)狀走向 N22176。 E，傾向 NW，傾角 18176。，區(qū)內(nèi) 42 為一單斜構(gòu)造，壩址區(qū)及其附近區(qū)域無(wú)斷層發(fā)育。工程區(qū)工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，具有較好的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，反應(yīng)譜特征周圍期為 。庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較好。水庫(kù)的河流兩岸多為巖質(zhì)邊坡，庫(kù)岸穩(wěn)定性較好；庫(kù)底與庫(kù)盆由砂質(zhì)泥巖、長(zhǎng)石砂巖與泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層組成，無(wú)深切鄰谷和滲漏通道，封閉條件良好，不存在大的滲漏問(wèn)題；但水庫(kù)有一定的淤積。 大壩主體座落在 Zbdn 地層之上，巖性為砂質(zhì)泥巖主，夾硅質(zhì)灰?guī)r，巖體穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件良好。溢洪道置于強(qiáng)至弱風(fēng)化基巖之上 ，基礎(chǔ)比較穩(wěn)定。 水庫(kù)自建成至今，未發(fā)現(xiàn)影響庫(kù)岸穩(wěn)定的不良地質(zhì)條件。 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)結(jié)論 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查、變形分析、現(xiàn)狀壩坡穩(wěn)定計(jì)算分析表明： （ 1）大壩上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范要求，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范要求，壩體整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；壩體上下游壩坡整個(gè)坡面無(wú)護(hù)坡且凹凸不平，有不均勻沉降現(xiàn)象。壩體存在滲漏現(xiàn)象，壩基位置存在滲水現(xiàn)象； （ 2）壩體壩頂寬度和壩頂超不滿足規(guī)范要求，且壩頂寬度不一； （ 3）大壩下游岸坡接觸帶無(wú)排水溝； （ 4）近壩庫(kù)岸處于穩(wěn)定狀態(tài)； （ 5）溢洪道建筑物損毀 。 （ 5）放水設(shè)施臥管老化。 9 抗震安全復(fù)核 根據(jù)《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》（ 1990 年版）， XX 水庫(kù)工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。據(jù)歷史地震資料記載，工程區(qū)域內(nèi)未發(fā)生過(guò)中強(qiáng)地震，而外圍發(fā)生的中強(qiáng)地震波及到本區(qū)的影響裂度亦未超過(guò)Ⅵ度。根據(jù)水利部 1997年頒布《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL20397）及《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的有關(guān)規(guī)定， 5 級(jí)水工建筑物地震烈度為Ⅵ度時(shí)，可不進(jìn)行抗震計(jì)算。因此，本次大壩安全評(píng)價(jià)，不對(duì)大壩抗震進(jìn)行核算。 10 金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià) XX 水庫(kù)樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)為臥涵鋼管，臥管老化，涵管未發(fā) 現(xiàn)滲漏。因此本次認(rèn)為臥管 43 存在安全隱患；涵管還可以運(yùn)行。 11 大壩安全綜合評(píng)價(jià) 通過(guò)對(duì) XX水庫(kù)大壩樞紐相關(guān)資料的查閱、現(xiàn)場(chǎng)檢查、大壩運(yùn)行情況分析、水庫(kù)洪水復(fù)核、大壩滲流穩(wěn)定性分析和壩坡抗滑穩(wěn)定性分析認(rèn)為， XX水庫(kù)大壩目前存在嚴(yán)重的大壩安全問(wèn)題。具體結(jié)論意見(jiàn)如下： （ 1）水庫(kù)樞紐工程的作用 XX 水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、人畜飲用等綜合利用的?。ǘ┬退こ?。水庫(kù)位于城口縣葛城鎮(zhèn)廟埡村，大壩下游有成片居民、重要交通干道和數(shù)千畝農(nóng)田，其地理位置和發(fā)揮的作用都較為重要。水庫(kù)最大設(shè)計(jì)壩高 23m，總庫(kù)容 萬(wàn)m3，灌溉面積 2300 畝。水庫(kù)最大實(shí)際壩高 ，總庫(kù)容 萬(wàn) m3，實(shí)際灌溉面積 1300畝。由于 XX 水庫(kù)所在區(qū)域?qū)僦懈呱降貛?，降水陡漲陡落，加上降雨年內(nèi)、年際分布不均，該地區(qū)旱象頻繁，水源非常寶貴。該水庫(kù)的興建對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防洪、人畜飲用起著重要作用。 （ 2）工程現(xiàn)狀 經(jīng)對(duì) XX 水庫(kù)大壩及主要水工建筑物相關(guān)資料的審查分析和現(xiàn)場(chǎng)檢查，該水庫(kù)大壩樞紐工程存在如下問(wèn)題： 壩體上下游壩坡無(wú)護(hù)坡，坡面凸凹不平，存在一定的不均勻沉降現(xiàn)象，上下游壩坡坡度較陡不滿足規(guī)范穩(wěn)定要求，存在一定的安全隱患。壩體中 部位置土體較為濕潤(rùn)，岸存在滲水現(xiàn)象。大壩下游無(wú)排水棱體。壩體下游岸坡周邊無(wú)排水溝。壩頂高程不足，滿足不了規(guī)范要求。 XX 水庫(kù)溢洪道位于壩體右岸，為引水明渠，損毀嚴(yán)重，嚴(yán)重影響行洪。 XX 水庫(kù)放水設(shè)施布置在壩體，為臥涵管取水，臥管已老化，涵管為發(fā)現(xiàn)滲漏問(wèn)題。 （ 3）大壩運(yùn)行管理 44 該水庫(kù)管理所的大壩運(yùn)行管理制度和辦法不完善，該大壩未設(shè)置任何大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，即無(wú)大壩變位觀測(cè)，也無(wú)大壩滲流量觀測(cè)設(shè)施，不符合《 SL18996》和《 SL10696》要求，大壩運(yùn)行情況綜合評(píng)價(jià)為差。應(yīng)按通則和規(guī)范要求完善大壩運(yùn)行管理制 度，建立大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 （ 4）洪水復(fù)核 XX 水庫(kù)樞紐工程為五等，主要建筑物為 5級(jí)，按國(guó)頒《 GB5020194》標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)洪水按 20 年一遇，校核洪水位按 200 年一遇作洪水復(fù)核。 根據(jù)水庫(kù)洪水調(diào)算、大壩安全超高與溢洪道泄流安全性復(fù)核等結(jié)果，水庫(kù)大壩安全超高不滿足《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（ GB5020194）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522021）的有關(guān)規(guī)定要求。溢洪道泄流不滿足規(guī)范要求。大壩抗洪安全性評(píng)定為C級(jí)。 （ 5）大壩建筑質(zhì)量評(píng)價(jià) XX 水庫(kù)主體工程建筑年代久遠(yuǎn)，主要為民工人海突擊戰(zhàn)術(shù)施工， 由于質(zhì)量控制意識(shí)淡薄，從施工及運(yùn)行中暴露的質(zhì)量問(wèn)題可以認(rèn)為大壩填筑施工質(zhì)量難于達(dá)標(biāo)。目前仍暴露出嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題：壩體下游邊坡較陡，大壩無(wú)排水棱體，壩體存在一定的滲漏現(xiàn)象，壩基存在滲水現(xiàn)象，滲漏量隨庫(kù)水位的升高而增大；溢洪道損毀，對(duì)大壩的安全不利。 （ 6）大壩滲流穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 壩體計(jì)算滲漏量偏大。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察，壩體中部土體較為濕潤(rùn)，存在滲漏現(xiàn)象，壩基存在滲水現(xiàn)象，滲水量隨庫(kù)水位的升高有增大的跡象，故水庫(kù)壩體滲流性態(tài)是不安全的。綜合考慮，水庫(kù)滲流安全評(píng)定為 C 級(jí)。 （ 7）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算結(jié)果，該水 庫(kù)壩體上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范要求，大壩處于不穩(wěn)定狀態(tài)；壩坡不規(guī)整， 45 下游無(wú)護(hù)坡。綜合考慮，大壩結(jié)構(gòu)安全性綜合評(píng)定為 C 級(jí)。 （ 8）抗震及金屬結(jié)構(gòu)安全復(fù)核結(jié)論 根據(jù)中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖， XX 水庫(kù)工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)水利部 1997年頒布《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL20397 及《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的有關(guān)規(guī)定，該工程大壩為五級(jí)水工建筑物，當(dāng)?shù)卣鹆叶葹棰龆葧r(shí)，可不進(jìn)行抗震復(fù)核。 XX 水庫(kù)主要建筑物沒(méi)有閘門(mén)，只閘閥和壓力鋼管，外露壓力鋼管已老化。 綜合大壩工 程性狀及各專項(xiàng)安全性分級(jí)結(jié)果， XX 水庫(kù)工程大壩鑒定為三類壩，大壩不安全，屬危險(xiǎn)水庫(kù)大壩。 12 整治措施及建議 XX 水庫(kù)大壩安全評(píng)定為不安全的三類壩，屬病險(xiǎn)水庫(kù)大壩。為保護(hù)下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村人民生命財(cái)產(chǎn)及大片良田沃土安全，特提出如下除險(xiǎn)加固工程措施及建議： （ 1）對(duì)壩體下游邊坡放緩以確保大壩整體穩(wěn)定；并對(duì)大壩上下游坡面進(jìn)行規(guī)整、護(hù)坡處理； （ 2）規(guī)整加寬壩頂寬度，增設(shè)防浪墻，以滿足規(guī)范要求； （ 3）對(duì)大壩壩體、壩基進(jìn)行防滲處理； （ 4）增設(shè)排水棱體、上壩人行梯道及下游岸坡排水溝； （ 5）重建溢洪道； （ 6）為 便于抗洪搶險(xiǎn)，整治至大壩的防汛公路，增加必要的觀測(cè)設(shè)施、通訊器材和管理用房； （ 7）大壩未整治前，應(yīng)限制水庫(kù)水位運(yùn)行，確保大壩安全。