【正文】 計算斷面取為 AA斷面 滲流計算包括以下水位組合情況： 最低 水位 最低 水位 27 （ 1）正常蓄水位 已知： 正常蓄水位 270m；下游相應(yīng)的最低水位為 ； 壩前水深： H1=270216=54m；壩后水深： H2==； 地基厚度 T＝ 10m； L=? +? +8= 根據(jù)水流連續(xù)條件有 q1=q2，將以上數(shù)據(jù)代入兩個公式中聯(lián)立可解得 : h=； q1=q2=? 108 m3/（ sm） 。 （ 2）設(shè)計洪水位 已知： 設(shè)計洪水位 ；下游相應(yīng)的最低水位為 ； 壩前水深： H1==；壩后水深： H2== 地基厚度 T＝ 10m； L=? +? +8=。 根據(jù)水流連續(xù)條件有 q1=q2，將以上數(shù)據(jù)代入兩個公式中聯(lián)立可解得 ： h=； q1=q2=? 108 m3/（ sm） 。 （ 3）校核洪水位 已知： 校核洪水位 ；下游相應(yīng)的最低水位為 ； 壩前水深： H1==， 壩后水深： H2==， 地基厚度 T＝ 10m； L=? +? +8=， 根據(jù)水流連續(xù)條件有 q1=q2，將以上數(shù)據(jù)代入兩個公式中聯(lián)立可解得 ： h=； q1=q2=? 107 m3/（ sm） 。 表 42 滲流計算表格 參數(shù) 正常狀況 設(shè)計狀況 校核狀況 K0（ m/s） 28 δ sinα L H2 T 10 10 10 δ1 2 2 2 KT K H1 54 m2 A1 A2 A3 h q1=q2 Q J 根據(jù)上表得最終結(jié)果如下表： 表 43 各狀況滲流計算結(jié)果 設(shè)計工況 上游水深H1（ m） 下游水深 H2（ m） 浸潤線高程h(m) 單寬流量 q（ m3/s） 總滲流量 Q（ m3/s） 正常狀況 54 設(shè)計狀況 校核狀況 如上表所示，各工 況這下計算所得單寬流量，總滲流量都非常小，符合防滲要求，因此不需要對大壩進(jìn)行滲流處理。 浸潤線分析：面板后滲流水深（ h）比下游水深（壩后水深 H2）深 2～ 3cm，故浸潤線近似一直線如圖43。 29 圖 43 浸潤線示意圖 面板之后的壩體，由于水頭大部分在防滲體內(nèi)損耗了，壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大。在壩體逸出點 ,滲透坡降較大 ,予以驗算。 對于非粘性土，滲透破壞形式可用壩體材料不均勻系數(shù) η來判別： 當(dāng) η10 時易發(fā)生流土； 當(dāng) η20 時易發(fā)生管涌，允許坡降 J=； 當(dāng) 10η20 時不定，允許坡降 J=。 該壩的壩體材料不均勻系數(shù) 10η20， 故其允許坡降應(yīng)小于 J=。 滲透坡降計算公式： HJ L??? 式中： △ H—— 逸出水深減下游水深； △ L—— 計算長度， △ L=L1=L m2 H2。 表 44 滲流逸出點坡降表 斷面 AA 計算情況 正常狀況 設(shè)計狀況 校核狀況 坡降 J 經(jīng)計算，各種工況均滿足要求，因此認(rèn)為不會發(fā)生滲透破壞。 30 壩體穩(wěn)定分析 概述 一．穩(wěn)定分析目的 保證壩體在自重、孔隙壓力和外荷載作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩體連同地基的剪切破壞。 二．破壞形式 常見的滑動破壞形式有：圓弧滑動面，折線滑動面和復(fù)合滑動面。 三．荷載作用 面板堆石壩穩(wěn)定計算考慮的荷載主要有自重和地震荷載力。 四．穩(wěn)定分析方法 壩坡穩(wěn)定分析的方法大致可分為強(qiáng)度分析法和剛體極限平衡法兩大類。強(qiáng)度分析法是應(yīng)用土力學(xué)理論通過某種數(shù)值計算（如有限單元法）求 出土壩剖面內(nèi)各點的應(yīng)力分量，然后與土體具有的強(qiáng)度比較，以判定是否坍滑；剛體極限平衡法則根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)及壩基情況，假定滑動面形狀，然后計算滑動面上是否具有足夠抵抗滑動體坍滑能力，目前應(yīng)用最廣的仍是后一種方法。剛體極限平衡法依據(jù)滑動面形狀不同，又可分為圓弧滑動法、折線滑動法和復(fù)式滑動法等。 五．控制標(biāo)準(zhǔn) 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)，應(yīng)不小于下表規(guī)定的數(shù)值。 表 45 壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù) 運 用 條 件 工 程 等 級 1 2 3 4， 5 正常運用條件 非常運用條件 計算方案選擇 混凝土面板堆石壩的壩坡一般在 1: 左右，堆石體重量可達(dá)水平庫水壓力的 67 倍，因而壩體的整體抗滑穩(wěn)定是足夠的，穩(wěn)定分析通常只針對上下游邊坡，保證壩體在正常運用時不發(fā)生局部滑動破壞。由于面板堆石壩的防滲面板設(shè)于壩體上游面，其后堆石體透水性大，因而堆石體內(nèi)侵潤線很低，不存在水的滲透壓力和孔隙水壓力等問題。這對壩坡穩(wěn)定非常有利?；炷撩姘宥咽瘔畏€(wěn)定分析通?？刹捎谜劬€法。 31 圖 44 非粘性土壩穩(wěn)定分析圖 如圖 44 所示，假定任意滑動面 ADC， D 點在上游水位線延長線上。將滑動體分為 DEBC 和 ADE 兩塊，各塊重量分別為 W1， W2，兩塊土體底面的抗剪強(qiáng)度分別為 1? ， 2? 。采用折線滑動靜力學(xué)計算法，假定條塊間的作用力為 P1，其方向平行于 DC 面。則 DEBC 的平衡式為 0tanc osWK1s i nWP 111111 ?? ??? （ 48） ADE 的平衡式 為 0c osPs i nWt a ns i nPK 1t a nc osWK 1 211222211c222c ?? ）（）（ ???????? （ 49） 以上兩式中安全系數(shù) cK 應(yīng)相等，因此聯(lián)立方程得 cK 。 取 ??? ?? 21 ， 并 令 fKtanc ??，211 11sinm???；2111 1cos mm???；222 11sinm???； 2222 1cos mm??? （ 410） 并再將以上兩式聯(lián)解得 )()2(222 CmBBABAf ?????? （ 411） 式中： 12122mmmm m1A ??? （ 412） AWWB 12? （ 413） 32 )(1 121 21 mmm mmC ??? （ 414） 安全系數(shù)： ftanKc ?? （ 415） 為求得壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，應(yīng)假定不同的 1? 、 2? 和上 游水位，即先求出在某一水位和 2? 下不同 1? 值時的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，然后在同一水位下再假定不同的 1? 值，重復(fù)上述計算可求出在這種水位下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)。一般還必須至少再假設(shè)兩個水位，才能最后確定壩坡的最小穩(wěn)定安全系數(shù)。 注： 1）對于壩體自重，在浸 潤線以上的土體按濕重度計算，浸潤線以下、下游水位以上按飽和重度計算，下游水位以下按浮重度計算； 2）壩體邊坡的抗剪強(qiáng)度 ? 1=? 2= ? 本設(shè)計中濕重度 γ1=（ N/m3），飽和重度 γ2=（ N/m3)，浮重度 γ3=（ N/m3)。 工況選擇 正常運用情況下，包括水庫蓄滿水時下游壩坡的穩(wěn)定計算，上游庫水位最不利時上游壩坡的穩(wěn)定計算 ，這種最不利水位大致在壩底以上 1/3 壩高處。 穩(wěn)定計算中需選取不利工況和不利部位進(jìn)行穩(wěn)定計算，本設(shè)計中對上下游坡分別計算以下幾種工況下的安全系數(shù)： 上游坡： 1） 1/3 壩高水位 2）正常蓄水位 3）正常蓄水位 +七 級地震 下游坡： 4）設(shè)計洪水位 5）正常蓄水位 6）正常蓄水位 +七 級地震 穩(wěn)定計算 1．計算過程公式推導(dǎo) 如圖 45 所示，線段 AB 為壩坡的平均邊坡，設(shè)其坡度為 m。建立 如圖所示 xy 坐標(biāo)系。 33 圖 45 穩(wěn)定計算分析圖 易知 ,直線 AD 的方程為 ： xm1y 2?， 線 AB 的方程為： xm1y?， 直線 DC 的方程為：1m1y? 。 各點坐標(biāo)可表示為： A點坐標(biāo)為（ 0， 0）； B 點坐標(biāo)為（ ， ） ； C 點坐標(biāo)為（ （ ） m1+m2H， ） ； D 點坐標(biāo)為（ m2H， H） ； E 點坐標(biāo)為（ m2H， ） ； F 點坐標(biāo)為（ m2H， m2H/m） ； G 點坐標(biāo)為（ mH， H） ； I 點坐標(biāo)為（ mh， h） ； L 點坐標(biāo)為（ m2h， h） 。 有以上坐標(biāo)可得： EB=； BC=（ ） m1+； DF=m2H/mH； GD=m2HmH； IL=m2hmh； DE=。 最終得滑體塊的重量為： 濕濕 ?? ???? ?? B C D1 SW BFDS （ 416） 濕濕浮 ??? ?????? ??? GD FSGD I LA I L2 SSW （ 417） 以上式中： EBDF21S BFD ?? （ 418） DEBC21S BCD ?? （ 419） hILAIL 21S ?? （ 420） ）（）（ hHILGD21S G D I L ???? （ 421） GDDFGDF 21S ?? （ 422） 34 為簡化計算，本計算用 Excel 進(jìn)行計算。 有地震作用下的平衡式如下： 0t a ns i nFc osW1c osFs i nP 1111111111 ???? ????? ）（cKW （ 423） 0Kt a ns i nFKt a nc osWKt a ns i nPc oss i n)(c osP c 222c 222c 22112222211 ????? ??????????? ）（FW （ 424） 在以下式中： 2221121 m1m1 mmA ??? ；2221211 m11 1mmB ?? ?? m ；211 1 1C m?? ； 2111 1 mmD ?? ；221 m1 1E ?? ； 2221 m1mF ?? 。 a=F1 A1 C1W1 A1 D1 b=W2 F1F2 E1+W1 C1 A1+F1 A1 D1+W1 B1 D1F1 B1 C1 c=W2 E1W1 B1F1 B1 D1F2 F1 表 46 上游穩(wěn)定分析表 35 表 47 下游穩(wěn)定分析表 36 表 48 地震荷載穩(wěn)定分析 續(xù) 37 由以上各表查得上下游各工況下的最小安全系數(shù) Kc 如下表 49 所示： 表 49 最小安全系數(shù) 壩體位置 穩(wěn)定分析工況 最小安全系數(shù) Kc 壩區(qū)上游 1/3壩高水位 正常蓄水位 正常蓄水位 +7度地震 壩區(qū)下游 正常蓄水位 設(shè)計洪水位 正常蓄水位 +7度地震 在本設(shè)計方案中，大壩屬于 2 級水工建筑物，正常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù) Kc=，非常運用條件下的最小安全系數(shù) Kc=，由表 49 可知本方案最小安全系數(shù)都符合工 程要求。因此，本方案可行。 壩體沉降計算 38 對于堆石壩體沉降變形的估算，目前多采用非線性有限元和工程類比等方法，前者由于計算模型本身和計算參數(shù)的準(zhǔn)確性等問題，一般僅