水利工程：黃連水電站拱壩壩肩巖體穩(wěn)定分析

1、水利工程：黃連水電站拱壩壩肩巖體穩(wěn)定分析     關(guān)鍵字：拱壩壩肩，壩肩巖體穩(wěn)定，剛體極限平衡分析法，滑移體，滑裂面1前言黃連水電站樞紐位于廣東省乳源瑤族自治縣境內(nèi)的北江支流南水河上游，是一個攔截黃連水和伴山水的徑流式電站。黃連水?dāng)r河砼拱壩位于黃連水和伴山水兩水匯合處上游約1.2公里，壩址區(qū)為中粗粒狀花崗巖，兩岸均有大片基巖裸露；壩址河床狹窄，呈“u”形狀，壩頂河谷寬52米。該壩為砼定角式拱壩，壩底最大厚度為5.5米，中心角為110°；建基面高程為790.9米，堰頂高程為808.9米，最大壩高18米，壩頂長52米。正常蓄水位為808.

2、9米。由于拱壩主要的工作特點就是將壩體承受的水平外力一部分通過拱的作用傳給兩岸的基巖，另一部分通過垂直梁的作用傳至壩底基巖，壩體的穩(wěn)定性主要是依靠兩岸拱端的反力作用來維持。因而壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定計算就顯得尤其重要。2壩肩巖體穩(wěn)定分析綜述拱壩壩肩巖體穩(wěn)定分析原則上按空間問題處理，確定其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)本工程實際情況，采用剛體極限平衡法作為判斷壩肩巖體穩(wěn)定性的方法。其基本假定為：21滑移體視為剛體，不考慮其中各部分間的相對位移；22只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡，認為后者可由力的分布自行調(diào)整滿足，因此在拱端作用的力系中也不考慮彎矩的影響；23忽略拱壩的內(nèi)力重分布作用，認為拱端作

3、用在巖體上的力系為定值；24達到極限平衡狀態(tài)時，滑裂面上的剪力方向?qū)⑴c滑移的方向平行，指向相反，數(shù)值達到極限值。3壩肩巖體整體穩(wěn)定分析31結(jié)構(gòu)計算模型的假定一般情況下，壩肩巖體是由陡裂面f1、河床附近的緩裂面f2、上游的破裂面f3及臨空面分割成一個滑移體，巖體失穩(wěn)時，一般是沿f1與f2的交線滑動的（如圖1所示）。取一個單位高（代表性）拱圈，壩端對岸坡巖體的作用力，按拱梁分載法分為：梁的鉛直力和剪力vbtg，拱梁的推力h和剪力va。這些力可合成為：鉛直力；剪力vvavbtg；水平推力h。將h及v分解為正交及平行滑動線的兩個分值n、q，選取幾個代表性拱圈，計算出它們的n、q、g值，沿高程連成曲線，

4、然后求曲線下的面積，即為n、q、g，同時計入滑移體自重w及滲透壓力u1、u2，即可驗算其抗滑穩(wěn)定性。32拱端內(nèi)力計算拱圈拱端由外荷產(chǎn)生的內(nèi)力為軸向力h和剪力v，將h和v分解為平行和垂直于破裂面交線的兩分值，設(shè)破裂面與軸向力h方向相交成角，則平行于破裂面的分力s為：shcosvsin垂直于破裂面的分力n為：nhsinvcos設(shè)基坑面與垂線相交成角，將垂直于破裂面的分力n沿基坑面分解為垂直和平行的兩個分力p和q，基坑面上還受自重w1及滲透壓力u的作用。最后可得：平行于底滑面的分力qnsinw1cos垂直于底滑面的分力pncosw1sinu其中，u為壩底揚壓力。33穩(wěn)定分析由于本工程屬于中低拱壩，根

5、據(jù)設(shè)計規(guī)范，可采用摩擦公式進行抗滑驗算。在只考慮摩擦力時，壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：kp*f/s其中：p為底滑面的法向力，s為滑動面上的滑動力，f為滑動面的摩擦系數(shù)。在設(shè)計情況，只考慮摩擦力時，k1.3。4滑移體邊界組成分析據(jù)黃連水拱壩壩址區(qū)工程地質(zhì)分析，兩側(cè)壩肩存在順河流向、垂直河流向陡傾角裂隙及密集帶、緩傾角裂隙、斷層破碎帶等軟弱結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面可能組成不穩(wěn)定巖體。設(shè)計中對這些可能的滑動面進行了分析，排除了近壩區(qū)無臨空條件，對大壩抗滑穩(wěn)定不起控制作用的可能滑動面，而從左側(cè)壩肩某間歇面（5#）的分布和產(chǎn)狀確定了它是控制兩岸壩肩巖體穩(wěn)定最關(guān)鍵的一個底滑面；另外分布在左岸796m高程左右的

6、緩傾角裂隙z22、z32、z33（編號），構(gòu)成左岸山體的另一組底滑面；它們與下游臨空面組成了可能的滑移體?；企w基坑面與垂直方向交角近似于55°，滑裂面與軸向力h方向交角近似于70°。5壩肩穩(wěn)定驗算51采用純拱法計算拱圈拱端軸向力h和剪力v。考慮到本工程為位于狹窄河谷中的薄拱壩，故采用純拱法進行內(nèi)力計算不失為一種簡單實用的計算方法。（本文只取基本荷載組合進行計算）基本荷載組合為：上游正常蓄水位（下游無水）泥砂壓力溫降基本參數(shù)：砼壩身和基礎(chǔ)的彈性模量emer0.75×1010pa，泥砂內(nèi)摩擦角s200，泥砂浮容重s9kn/m3，壩體砼容重25kn/m3，巖體容重27

7、.5kn/m3。取n15個代表性拱圈，在不考慮泥砂壓力的情況下，計算h及v。計算成果如表11示：52根據(jù)地形地質(zhì)情況，確定各拱圈可能破裂面及破裂面與軸向力h方向相交的夾角，求得各分力s、n、w1、p。計算成果如表12示：表11                項目高程            拱軸半徑r（m） &

8、#160;          拱厚t（m）            半圓心角a（度）            t/r            拱端

9、內(nèi)力                    v0            v（kn）            h0    &

10、#160;       h（kn）                    808.9            25.61       

11、0;    4.24            55            0.166            82.05       

12、     54.63            1047.68            697.61                  

13、  806.3            25.73            4.48            55         &#

14、160;  0.174            89.37            119.57            1061        

15、    1419.58                    803.7            25.85           &

16、#160;4.72            55            0.183            96.19          

17、60; 193.95            1063.16            2143.65                    801.1&#

18、160;           25.97            4.96            55            0.1

19、91            103.01            278.22            1064.84          

20、60; 2876.01                    798.5            26.09            5.2 &

21、#160;          55            0.199            110.68            375.79

22、            1067            3618.94             表22           

23、60;    拱圈編號            高程            夾角            坡角        

24、;    拱端內(nèi)力（kn）            n（kn）            s（kn）            w1（kn）      

25、;      u（kn）                    h            v          

26、0;         1            808.9            70            55   

27、         697.61            54.63            636.85            289.93 &

28、#160;          434.02                                 2     

29、       806.3            70            55            1419.58    &#

30、160;       119.57            1293.08            597.88            929.32  &

31、#160;                              3            803.7      &

32、#160;     70            55            2143.65            196.95     &#

33、160;      1948.04            915.42            1799.54                

34、                 4            801.1            70       

35、0;    55            2876.01            278.22            2607.41      

36、      1245.09            2871.94                             

37、0;   5            798.5            70            55         

38、   3618.94            375.39            3272.30            1590.50            4260.16