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(gè)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(diǎn)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(jì)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(shí)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(duì)位移；22只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡，認(rèn)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(rèn)為拱端作

3、用在巖體上的力系為定值；24達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，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(dá)到極限值。3壩肩巖體整體穩(wěn)定分析31結(jié)構(gòu)計(jì)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(gè)滑移體，巖體失穩(wěn)時(shí)，一般是沿f1與f2的交線滑動(dòng)的（如圖1所示）。取一個(gè)單位高（代表性）拱圈，壩端對(duì)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(dòng)線的兩個(gè)分值n、q，選取幾個(gè)代表性拱圈，計(jì)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(shí)計(jì)入滑移體自重w及滲透壓力u1、u2，即可驗(yàn)算其抗滑穩(wěn)定性。32拱端內(nèi)力計(jì)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(gè)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(yáng)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(jì)規(guī)范，可采用摩擦公式進(jìn)行抗滑驗(yàn)算。在只考慮摩擦力時(shí)，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(dòng)面上的滑動(dòng)力，f為滑動(dòng)面的摩擦系數(shù)。在設(shè)計(jì)情況，只考慮摩擦力時(shí)，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(jì)中對(duì)這些可能的滑動(dòng)面進(jìn)行了分析，排除了近壩區(qū)無臨空條件，對(duì)大壩抗滑穩(wěn)定不起控制作用的可能滑動(dòng)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(gè)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(hào)），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。滑移體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(yàn)算51采用純拱法計(jì)算拱圈拱端軸向力h和剪力v?？紤]到本工程為位于狹窄河谷中的薄拱壩，故采用純拱法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算不失為一種簡單實(shí)用的計(jì)算方法。（本文只取基本荷載組合進(jìn)行計(jì)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(gè)代表性拱圈，在不考慮泥砂壓力的情況下，計(jì)算h及v。計(jì)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(jì)算成果如表12示：表11                項(xiàng)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(hào)            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