老窖溪水庫(kù)大壩壩坡穩(wěn)定性分析和壩體應(yīng)力變形分析(共12頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上老窖溪水庫(kù)大壩壩坡穩(wěn)定性分析和壩體應(yīng)力變形分析一、工程概況老窖溪水庫(kù)壩址位于重慶市黔江區(qū)石會(huì)鎮(zhèn)境內(nèi)石會(huì)河上游龍崗溪與茶溝交匯口下游板栗樹處，是以農(nóng)業(yè)灌溉及場(chǎng)鎮(zhèn)供水為主，兼有農(nóng)村人畜用水等綜合效益的中型水利工程。水庫(kù)正常蓄水位541.0m，死水位508.00m，正常蓄水位以下庫(kù)容1023萬m3，死庫(kù)容89萬m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容934萬m3，校核洪水位541.50m，水庫(kù)總庫(kù)容1047萬m3，水庫(kù)建成后向灌區(qū)石會(huì)鎮(zhèn)、黑溪鎮(zhèn)1.26萬畝耕地提供農(nóng)業(yè)灌溉用水、提供灌區(qū)農(nóng)村人畜用水及向石會(huì)鎮(zhèn)提供生產(chǎn)生活用水。老窖溪水庫(kù)干管及支管總長(zhǎng)度13.156km，渠首設(shè)計(jì)流量1.066 m3/s

2、(含生態(tài)流量0.05 m3/s)。圖1：工程地理位置圖1.壩址區(qū)地質(zhì)條件壩區(qū)屬侵蝕剝蝕中低山峽谷地貌。壩址出露地層為志留系下統(tǒng)龍馬溪組、第四系古滑坡堆積層、沖積層、殘坡積層。壩區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷層，局部發(fā)育有小揉皺與擠壓破碎帶；破碎帶由碎裂巖、糜棱巖組成，一般厚0.20.3m，一般延伸1020m，呈透鏡狀分布于河床與右岸。2.天然建筑材料壩址附近壩殼石渣料料源豐富。有麻堰溪、向家?guī)r石兩個(gè)筑壩石渣料場(chǎng)。麻堰溪料場(chǎng)距壩址約1.2km，無道路相通，須修建施工便道。具開采作業(yè)面及堆料場(chǎng)地，料場(chǎng)整體開采運(yùn)輸條件較好，無地下水影響，無不良地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定性好，巖體以弱微風(fēng)化為主，強(qiáng)風(fēng)化厚1.04.5m；向家

3、巖料場(chǎng)距壩址直線距離0.50.7km，無道路相通，須修建施工便道。具開采作業(yè)面及堆料場(chǎng)地，料場(chǎng)整體開采條件較好，由于距大壩較近，為確保運(yùn)行期大壩安全，對(duì)開挖邊坡采取噴錨處理。二、壩坡穩(wěn)定分析1.計(jì)算方法根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)、水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范(SL386-2007)的規(guī)定進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析。根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)8.3.9，“對(duì)于有軟弱夾層、薄斜墻、薄心墻壩的壩坡穩(wěn)定分析及任何壩型，可采用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓普賴斯(Morgenstern-Price)等方法”。根據(jù)水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范(SL386-2007)5.2，“對(duì)于土質(zhì)

4、邊坡和呈碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，當(dāng)滑動(dòng)面呈圓弧形時(shí)，宜采用簡(jiǎn)化畢肖普(SimplifiedBishop)法和摩根斯頓普賴斯法(Morgenstern-Price)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算”。本次設(shè)計(jì)同時(shí)采用以上兩種方法。計(jì)算程序采用河海大學(xué)工程力學(xué)系、南京水準(zhǔn)科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)AutoBank6.1。2.計(jì)算工況壩區(qū)地震基本烈度為6度，在50年使用期、超越概率為10、重現(xiàn)期為500年時(shí)，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。按水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(SL203-97),可不進(jìn)行抗震計(jì)算。由于大壩基礎(chǔ)為砂卵礫石和古滑坡堆石體，為工程安全考慮，采用擬靜力法進(jìn)行抗震穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)碾壓式土

5、石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)、水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范(SL386-2007)的規(guī)定，本次計(jì)算工況選取如下。(1) 正常運(yùn)用條件。一是穩(wěn)定滲流期，計(jì)算上、下游壩坡，水庫(kù)水位處于541.00m508.00m之間的各種水位的穩(wěn)定滲流期；二是庫(kù)水位降落期，計(jì)算上游壩坡，水庫(kù)水位處于541.00m508.00m之間經(jīng)常性的正常降落；(2) 非常運(yùn)用條件。三是竣工期，計(jì)算上、下游壩坡；四是校核洪水位穩(wěn)定滲流期，計(jì)算上、下游壩坡，水庫(kù)水位在541.50m時(shí)的穩(wěn)定滲流期；五是庫(kù)水位非常降落期，計(jì)算上游邊坡，自校核洪水位541.50m降落至死水位以下，以及大流量快速泄空等；3.計(jì)算參數(shù)根據(jù)地勘提供的巖

6、土物理力學(xué)參數(shù)建議值，結(jié)合黔江已建洞塘水庫(kù)(壩型為瀝青混凝土心墻石渣壩)的經(jīng)驗(yàn)，確定材料計(jì)算參數(shù)見表1?？⒐て诓捎霉探Y(jié)不排水的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，穩(wěn)定滲流期、庫(kù)水位降落期采用固結(jié)排水的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。地震工況下不考慮土體抗剪強(qiáng)度的折減。4. 計(jì)算成果及分析壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果見表2。專心-專注-專業(yè)壩體應(yīng)力應(yīng)變分析計(jì)算參數(shù)表表1 參數(shù)材料天然容重(kN/m3)飽和容重(kN/m3)浮容重(kN/m3)彈模(kPa)泊松比KnRfKurC(kPa)(度)DFy(度)Kbm覆蓋層砂卵礫石20.821.211.43500.40.6870004052500.4堆石體上部20.82111.225000.4

7、0.75150053742500.4堆石體下部23.523.713.930000.40.752000103953000.45壩殼料上游壩殼石渣料21.021.511.56000.260.6812000408.45600.17下游壩殼石渣料21.021.511.56000.260.6812000408.45600.17過渡料21.722.312.311200.300.822240044.863400.24瀝青砼心墻23.924.014.03670.3370.58873422235.7012000.15C25鋼筋砼灌漿廊道25.025.015.02.80E+070.167C20混凝土截水槽24.0

8、24.014.0 2.55E+070.167基巖26.126.216.43.20E+060.35表2 壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果表運(yùn)用條件計(jì)算工況坡面簡(jiǎn)化畢肖普法摩根斯頓普賴斯法計(jì)算值允許值計(jì)算值允許值正常運(yùn)用條件穩(wěn)定滲流期上游坡1.7011.31.7031.3下游坡1.6661.31.6851.3庫(kù)水位降落期上游坡1.5611.31.5671.3非常運(yùn)用條件竣工期上游坡2.0291.22.0581.2下游坡2.0041.22.0401.2校核洪水位穩(wěn)定滲流期上游坡1.6851.21.6871.2下游坡1.5571.21.5731.2庫(kù)水位非常降落期上游坡1.2151.21.2191.2從表中可看出

9、在各設(shè)計(jì)工況下壩坡均是穩(wěn)定的。三、壩體應(yīng)力和變形分析根據(jù)壩體的布置，選取計(jì)算典型斷面，計(jì)算采用AutoBank6.1程序，對(duì)壩體進(jìn)行平面有限元應(yīng)力應(yīng)變分析。1.本構(gòu)關(guān)系。壩體(石渣料、過渡料、砂卵礫石、堆石體)應(yīng)力應(yīng)變分析采用鄧肯張的EB模型，混凝土防滲墻、大壩基巖采用線彈性模型。2.計(jì)算參數(shù)。根據(jù)地勘提供的巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值，結(jié)合其他已建心墻石渣壩的經(jīng)驗(yàn)，確定材料計(jì)算參數(shù)見表3。3.單元剖分。根據(jù)壩體施工順序，模擬壩體施工過程及水庫(kù)蓄水過程，壩體分9級(jí)模擬施工加載，蓄水分5級(jí)模擬加載。單元剖分網(wǎng)格圖如圖2所示。壩體應(yīng)力應(yīng)變分析計(jì)算參數(shù)表表3 參數(shù)材料天然容重(kN/m3)飽和容重(kN/

10、m3)浮容重(kN/m3)彈模(kPa)泊松比KnRfKurC(kPa)(度)DFy(度)Kbm覆蓋層砂卵礫石20.821.211.43500.40.6870004052500.4堆石體上部20.82111.225000.40.75150053742500.4堆石體下部23.523.713.930000.40.752000103953000.45壩殼料上游壩殼石渣料21.021.511.56000.260.6812000408.45600.17下游壩殼石渣料21.021.511.56000.260.6812000408.45600.17過渡料21.722.312.311200.300.8222

11、40044.863400.24瀝青砼心墻23.924.014.03670.3370.58873422235.7012000.15C25鋼筋砼灌漿廊道25.025.015.02.80E+070.167C20混凝土截水槽24.024.014.0 2.55E+070.167基巖26.126.216.43.20E+060.35(4)計(jì)算成果與分析。對(duì)表3所列參數(shù)進(jìn)行靜力有限元計(jì)算,研究了壩體在竣工期、蓄水期的應(yīng)力變形特性，尤其是心墻、廊道的應(yīng)力分布，以及心墻發(fā)生水力劈裂的可能性，主要結(jié)果如下：（a） 沉降竣工期：大壩沉降等值線如圖3所示，可以看出壩體沉降基本呈上下游對(duì)稱分布，最大沉降值位于壩高2/3處

12、。其中，壩殼料最大沉降值為1.83m，扣除基礎(chǔ)沉降值0.70m，實(shí)際壩殼料在竣工期沉降值為1.13m；心墻最大沉降值1.80m；廊道最大沉降值為0.018m。蓄水期：蓄水期沉降等值線如圖4所示，可以看出上游壩殼沉降值稍大于下游壩殼，仍基本呈對(duì)稱分布，最大沉降值位于壩高2/3處。其中壩殼料最大沉降值2.00m，扣除基礎(chǔ)沉降值0.77m，實(shí)際壩殼料沉降值為1.23m，相比竣工期增加0.1m；心墻最大沉降值1.96m；廊道最大沉降值為0.025m。（b）水平位移竣工期：大壩水平位移等值線如圖5所示，壩體位移呈上下游對(duì)稱，上下游壩殼料位移均向遠(yuǎn)離軸線方向，越靠近位移值軸線越小。其中，上游壩殼料最大位移

13、0.295m，下游壩殼料最大位移0.312m；心墻最大水平位移0.029m，向下游方向；廊道最大水平位移3.05E-4m。蓄水期：大壩水平位移等值線如圖6所示，蓄水后由于水壓力的作用，壩體位移整體向下游方向。上游壩殼料位移值較大，達(dá)到0.636，方向于竣工期相反，相對(duì)位移值達(dá)到0.931m，下游壩殼料0.53m；心墻最大水平位移0.50m，向下游方向；廊道最大水平位移0.042m。（c）壩體第一主應(yīng)力竣工期：壩體第一主應(yīng)力等值線見圖7，可見第一主應(yīng)力分布均勻，無拉應(yīng)力區(qū)，未產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，第一主應(yīng)力最大值2.37MPa，并未超過壩體抗壓極限值。蓄水期：壩體第一主應(yīng)力等值線見圖8，可見第一主應(yīng)

14、力分布均勻，無拉應(yīng)力區(qū)，未產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，第一主應(yīng)力最大值2.53MPa，并未超過其抗壓極限值。根據(jù)計(jì)算，竣工期和蓄水期的壩體第一主應(yīng)力應(yīng)力分布比較均勻，未產(chǎn)生拉應(yīng)力，在安全允許范圍內(nèi)。（d）壩體第三主應(yīng)力竣工期：壩體第三主應(yīng)力等值線見圖9，可見第三主應(yīng)力分布均勻，未產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。壩體第三主應(yīng)力最大值為0.64MPa，未產(chǎn)生拉應(yīng)力蓄水期：壩體第三主應(yīng)力等值線見圖10，可見第三主應(yīng)力分布均勻，未產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。壩體第三主應(yīng)力最大值0.83MPa，未產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)。根據(jù)計(jì)算，竣工期和蓄水期的壩體第三主應(yīng)力應(yīng)力分布均勻，且未產(chǎn)生拉應(yīng)力，在安全允許范圍內(nèi)。（e）壩體應(yīng)力水平 壩體在竣工期和蓄水期

15、的應(yīng)力水平等值線圖見圖11和12，可以看出壩體應(yīng)力水平分布均勻，未出現(xiàn)應(yīng)力水平大于1.0的區(qū)域，即壩體未產(chǎn)生剪切破壞區(qū)。（f）心墻應(yīng)力竣工期：第一主應(yīng)力最大值3.32MPa，第三主應(yīng)力最大值1.51MPa，未產(chǎn)生拉應(yīng)力。蓄水期：第一主應(yīng)力最大值3.46MPa；第三主應(yīng)力最大值1.63MPa，未產(chǎn)生拉應(yīng)力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，心墻在竣工期和蓄水期應(yīng)力分布均勻，無突變區(qū)域，也未產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)域，是安全可靠的。（g）廊道應(yīng)力竣工期：第一主應(yīng)力最大值5.21MPa，第三主應(yīng)力最小值-0.72MPa，產(chǎn)生的拉應(yīng)力未超過廊道C25砼抗拉極限值。蓄水期：第一主應(yīng)力最大值5.17MPa，廊道第三主應(yīng)力最小值-0.73

16、MPa，產(chǎn)生的拉應(yīng)力，并未超過廊道C25砼抗拉極限值。根據(jù)以上計(jì)算值可知，廊道的第一主應(yīng)力最大值未超過C25砼的抗壓極限值，產(chǎn)生的拉應(yīng)力也未超過C25砼的抗拉極限值，因此是安全的。（h）心墻抗水力劈裂工程中通常以上游水壓力與心墻豎向應(yīng)力比值小于1.0作為不發(fā)生水力劈裂的控制標(biāo)準(zhǔn)。心墻上游面豎向應(yīng)力與上游水壓力沿高程分布曲線見表4，據(jù)此可知豎向應(yīng)力均大于上游面靜水壓力，心墻抗水力劈裂是能夠保證的。心墻豎向應(yīng)力與水平水壓力對(duì)比表表4（i）截水槽及基巖抗壓分析與壩體不同，廊道不是柔性材料，其底部應(yīng)力相對(duì)較大，需對(duì)其底部基礎(chǔ)進(jìn)行抗壓分析。在竣工期，截水槽最大主應(yīng)力為5.85MPa，截水槽底部基巖最大主

17、應(yīng)力3.39MPa；在蓄水期，截水槽最大主應(yīng)力為7.07MPa，截水槽底部基巖最大主應(yīng)力3.59MPa.根據(jù)計(jì)算，廊道底部基礎(chǔ)應(yīng)力在安全范圍內(nèi)。(j)結(jié)論計(jì)算成果表明，竣工期河床部位地基沉陷較大，可能會(huì)使壩肩心墻部位產(chǎn)生剪切和拉伸變形。由于瀝青混凝土本身具有較大的抗剪切和拉伸變形能力，同時(shí)它具有流變變形，能吸收不利的抗剪應(yīng)力；同時(shí)參照已建工程的經(jīng)驗(yàn)，竣工期地基和壩體的沉降對(duì)壩體運(yùn)行影響較小，因此竣工期地基和壩體的沉降不會(huì)危及心墻的安全。蓄水期心墻和地基防滲墻變形連續(xù)，無突變現(xiàn)象。在施工和蓄水過程中，壩體、地基和防滲系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài)都基本符合要求，大壩未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。因此，從二維有限元應(yīng)力變形分析的成果看，瀝青混凝土心墻壩技術(shù)上是可行的。圖2：?jiǎn)卧史志W(wǎng)格圖圖3：竣工期大壩沉降等值線圖圖4：蓄水期大壩沉降等值線圖圖5：竣工期大壩水平位移等值線圖