【正文】 大壩結構穩(wěn)定分析 穩(wěn)定計算方法及原理 本工程穩(wěn)定計算采用 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)定計算，可直接讀入同樣是該軟件計算的滲流計算結果，在大范圍內(nèi)對多種土質(zhì)組成的任何邊坡形狀進 行搜索，計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)的計算公式為： ???????? niiisiiniiiiwwiiiRdwcwbhhbcF11)/s i n(]tanc o s)(s e c[?????? 式中：θ i—— i 號土條底部中點切線的傾角 wi—— i號土條重量， wi=vhibi cs—— 地震系數(shù) α i—— i號土條的力臂 R—— 圓弧半徑 穩(wěn)定計算工況 根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》第 條之規(guī)定，大壩滲流及穩(wěn)定計算工況應為水庫運用期可能遇到的工作條件，即： a、水庫水位為正常蓄水位 時的上下游壩 坡穩(wěn)定 —— 正常工作條件； b、水庫水位為設計洪水位 時的上下游壩坡穩(wěn)定 —— 正常工作條件； c、水庫水位為校核洪水位 時的上下游壩坡穩(wěn)定 —— 非正常工作條件； d、水庫水位在 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)定計算的參數(shù) 滲流計算參數(shù)采用地勘報告建議值，塊石砌體物理力學指標參照類似工程取用，如表 81。 大壩土、石料物理力學指標表 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)定計算成果 穩(wěn)定計算結果見表 82和圖 8 8 8 84。 穩(wěn)定分析計算成果表 表 82 壩坡 計算工況 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 設計洪水位 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的穩(wěn)定計算成果圖 圖 81 壩體在設計洪水位時的穩(wěn)定計算成果圖 圖 82 壩體在校核洪水位時的穩(wěn)定計算成果圖 40 圖 83 結論 根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（ SL18996）之規(guī)定，對于 5 級建筑物（土石壩）非常運用條件的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應達到 ，正常運用條件的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應達到 。由以上計算結果可知，壩體上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在正常運用條件、非常運用條件均小于規(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，無泄洪能力。 放水建筑物 存在的問題 XX 水庫放水設施臥涵管放水塔， 目前臥管老化，放水孔堵塞困難。 水力計算 進水孔進水量按公式 gHQ 2??? 計算： 式中： Q—— 流量（ m3/s） H—— 庫水位至孔口水深（ 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)計算，放水孔能滿足工程放水要求。 壩頂 41 壩頂超高 XX 水庫庫區(qū)多年平均最大風速 ，瞬時最大風速取多年平均最大風速的 倍，取值 ，吹程 D=，參考部頒《水利 水電工程等級劃分及洪水標準》SL2522021 與《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（ SL2742021），計算永久性擋水建筑物的壩頂超高，壩頂高程應 等于水庫靜水位與超高之和，應分別按以下運行情況計算，取其最大值： （ 1）設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高； （ 2）校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高； 波浪爬高采用《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（ SL2742021）附錄 A 中公式計算。根據(jù)水文資料， XX 水庫多年平均最大風速 ，瞬時最大風速 ，壩體吹程 。本水庫大壩為 5級建筑物，根據(jù)《水利 水電工程等級劃分及洪水標準》（ SL2522021），大壩安全加高，設計洪水情況為 ，校核洪水情況為 。壩頂高程計算成果見表86。 水庫壩頂高程計算成果表 表 86 項 目 正常運用 (p=5%) 非常運用 (p=%) 計算風速 V(m/s) 19 吹 程 D(km) 風浪爬高 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 庫靜水位 (m) 計算所需壩頂高程 (m) 現(xiàn)狀壩頂高程 (m) 1331 1331 結論：由計算結果知，壩體最大計算壩頂高程為 ，大壩實際壩頂高程為1331m，不滿足《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（ SL2742021）的要求。 壩頂結構 現(xiàn)在壩體壩頂寬度為 ～ m，不滿足規(guī)范 SL18996 規(guī)定要求。 近壩庫岸及結合部位的變形與穩(wěn)定評價 XX 水庫位于珍溪場向斜南東翼，巖層產(chǎn)狀走向 N22176。 E，傾向 NW，傾角 18176。，區(qū)內(nèi) 42 為一單斜構造，壩址區(qū)及其附近區(qū)域無斷層發(fā)育。工程區(qū)工程地質(zhì)條件簡單，具有較好的區(qū)域構造穩(wěn)定性。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，反應譜特征周圍期為 。庫區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較好。水庫的河流兩岸多為巖質(zhì)邊坡，庫岸穩(wěn)定性較好；庫底與庫盆由砂質(zhì)泥巖、長石砂巖與泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層組成，無深切鄰谷和滲漏通道，封閉條件良好，不存在大的滲漏問題；但水庫有一定的淤積。 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。溢洪道置于強至弱風化基巖之上 ，基礎比較穩(wěn)定。 水庫自建成至今，未發(fā)現(xiàn)影響庫岸穩(wěn)定的不良地質(zhì)條件。 結構安全評價結論 通過現(xiàn)場巡視檢查、變形分析、現(xiàn)狀壩坡穩(wěn)定計算分析表明： （ 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坡面無護坡且凹凸不平，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排水溝； （ 4）近壩庫岸處于穩(wěn)定狀態(tài)； （ 5）溢洪道建筑物損毀 。 （ 5）放水設施臥管老化。 9 抗震安全復核 根據(jù)《中國地震烈度區(qū)劃圖》（ 1990 年版）， XX 水庫工程區(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)生過中強地震，而外圍發(fā)生的中強地震波及到本區(qū)的影響裂度亦未超過Ⅵ度。根據(jù)水利部 1997年頒布《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（ SL20397）及《水庫大壩安全評價導則》的有關規(guī)定， 5 級水工建筑物地震烈度為Ⅵ度時，可不進行抗震計算。因此，本次大壩安全評價，不對大壩抗震進行核算。 10 金屬結構安全評價 XX 水庫樞紐工程金屬結構為臥涵鋼管，臥管老化，涵管未發(fā) 現(xiàn)滲漏。因此本次認為臥管 43 存在安全隱患；涵管還可以運行。 11 大壩安全綜合評價 通過對 XX水庫大壩樞紐相關資料的查閱、現(xiàn)場檢查、大壩運行情況分析、水庫洪水復核、大壩滲流穩(wěn)定性分析和壩坡抗滑穩(wěn)定性分析認為， XX水庫大壩目前存在嚴重的大壩安全問題。具體結論意見如下： （ 1）水庫樞紐工程的作用 XX 水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、人畜飲用等綜合利用的?。ǘ┬退こ獭Ｋ畮煳挥诔强诳h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。水庫最大設計壩高 23m，總庫容 萬m3，灌溉面積 2300 畝。水庫最大實際壩高 ，總庫容 萬 m3，實際灌溉面積 1300畝。由于 XX 水庫所在區(qū)域屬中高山地帶，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。該水庫的興建對當?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 XX 水庫大壩及主要水工建筑物相關資料的審查分析和現(xiàn)場檢查，該水庫大壩樞紐工程存在如下問題： 壩體上下游壩坡無護坡，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，岸存在滲水現(xiàn)象。大壩下游無排水棱體。壩體下游岸坡周邊無排水溝。壩頂高程不足，滿足不了規(guī)范要求。 XX 水庫溢洪道位于壩體右岸，為引水明渠，損毀嚴重，嚴重影響行洪。 XX 水庫放水設施布置在壩體，為臥涵管取水，臥管已老化，涵管為發(fā)現(xiàn)滲漏問題。 （ 3）大壩運行管理 44 該水庫管理所的大壩運行管理制度和辦法不完善，該大壩未設置任何大壩安全監(jiān)測設施，即無大壩變位觀測，也無大壩滲流量觀測設施，不符合《 SL18996》和《 SL10696》要求，大壩運行情況綜合評價為差。應按通則和規(guī)范要求完善大壩運行管理制 度，建立大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。 （ 4）洪水復核 XX 水庫樞紐工程為五等，主要建筑物為 5級，按國頒《 GB5020194》標準，設計洪水按 20 年一遇，校核洪水位按 200 年一遇作洪水復核。 根據(jù)水庫洪水調(diào)算、大壩安全超高與溢洪道泄流安全性復核等結果，水庫大壩安全超高不滿足《防洪標準》（ GB5020194）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（ SL2522021）的有關規(guī)定要求。溢洪道泄流不滿足規(guī)范要求。大壩抗洪安全性評定為C級。 （ 5）大壩建筑質(zhì)量評價 XX 水庫主體工程建筑年代久遠，主要為民工人海突擊戰(zhàn)術施工， 由于質(zhì)量控制意識淡薄，從施工及運行中暴露的質(zhì)量問題可以認為大壩填筑施工質(zhì)量難于達標。目前仍暴露出嚴重質(zhì)量問題：壩體下游邊坡較陡，大壩無排水棱體，壩體存在一定的滲漏現(xiàn)象，壩基存在滲水現(xiàn)象，滲漏量隨庫水位的升高而增大；溢洪道損毀，對大壩的安全不利。 （ 6）大壩滲流穩(wěn)定性評價 壩體計算滲漏量偏大。結合現(xiàn)場觀察，壩體中部土體較為濕潤，存在滲漏現(xiàn)象，壩基存在滲水現(xiàn)象，滲水量隨庫水位的升高有增大的跡象，故水庫壩體滲流性態(tài)是不安全的。綜合考慮，水庫滲流安全評定為 C 級。 （ 7）結構穩(wěn)定性評價 根據(jù)大壩結構復核計算結果，該水 庫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 下游無護坡。綜合考慮，大壩結構安全性綜合評定為 C 級。 （ 8）抗震及金屬結構安全復核結論 根據(jù)中國地震烈度區(qū)劃圖， XX 水庫工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)水利部 1997年頒布《水工建筑物抗震設計規(guī)范》 SL20397 及《水庫大壩安全評價導則》的有關規(guī)定，該工程大壩為五級水工建筑物，當?shù)卣鹆叶葹棰龆葧r，可不進行抗震復核。 XX 水庫主要建筑物沒有閘門，只閘閥和壓力鋼管，外露壓力鋼管已老化。 綜合大壩工 程性狀及各專項安全性分級結果， XX 水庫工程大壩鑒定為三類壩，大壩不安全，屬危險水庫大壩。 12 整治措施及建議 XX 水庫大壩安全評定為不安全的三類壩，屬病險水庫大壩。為保護下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村人民生命財產(chǎn)及大片良田沃土安全，特提出如下除險加固工程措施及建議： （ 1）對壩體下游邊坡放緩以確保大壩整體穩(wěn)定；并對大壩上下游坡面進行規(guī)整、護坡處理； （ 2）規(guī)整加寬壩頂寬度，增設防浪墻，以滿足規(guī)范要求； （ 3）對大壩壩體、壩基進行防滲處理； （ 4）增設排水棱體、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，整治至大壩的防汛公路，增加必要的觀測設施、通訊器材和管理用房； （ 7）大壩未整治前，應限制水庫水位運行，確保大壩安全。