包羅水庫大壩安全評價(jià)

包羅水庫大壩安全評價(jià)

1壩型地質(zhì)條件云龍縣位于云南省大理省西部，有20多個(gè)民族，包括白、漢、彝、谷春等。它是一個(gè)集邊緣、山脈、貧困和民族四個(gè)因素于一體的國家支持貧困地區(qū)。這是一個(gè)以種植為主的山區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)生產(chǎn)的領(lǐng)域。近年來,由于個(gè)別鉛鋅礦管理不當(dāng),河比江受到嚴(yán)重污染。因此,在河比江上游左岸一級支流大達(dá)河上修建包羅水庫,解決沿江兩岸灌溉及農(nóng)村供水安全問題,已是當(dāng)務(wù)之急。包羅水庫總庫容1188萬m3,年供水量1236.6萬m3,大壩壩高69.5m,壩頂高程2209.80m,壩型采用粘土心墻風(fēng)化料壩。包羅水庫所處的大達(dá)河發(fā)育于云龍河比江長新段左岸支流,由北東往南西流入河比江,屬“V”字形河谷。楊家村山頂海拔高程3225m,大達(dá)河與河比江入?yún)R口海拔高程為1858m,切割高差深達(dá)1367m,屬高中山切割地形地貌(見圖1)。分水嶺至入河比江匯口平距15.8km,平均坡降i=8.7%。在大達(dá)河下游河段距入河比江口平距5353m處,左岸早期發(fā)育一大型古滑坡(見圖2)。滑坡體地形坡度一般為20°~25°,地形呈圈椅狀,后壁雙緣交匯,底部寬約600m,高約300余米?；乱云路e、崩塌大塊石、塊碎石砂土堆積為主,中間厚達(dá)50m以上,滑坡方量約375萬m3,規(guī)模屬大型滑坡?；掳l(fā)育時(shí)間早,現(xiàn)地表植被較好,無活動(dòng)的縱橫裂縫,已處于穩(wěn)定狀態(tài)。滑坡體堵塞大達(dá)河道,致使其上游2488m河床堆積較厚。包羅水庫大壩基礎(chǔ)位于此深厚覆蓋層之上。2風(fēng)化層、推動(dòng)巖組風(fēng)化層厚度河床壩肩及下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)花開左組上段(J2h1)紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,淺灰色團(tuán)塊狀泥灰?guī)r,夾紫色細(xì)砂巖及石英砂巖,強(qiáng)度為軟弱~較弱巖組,左岸坡強(qiáng)風(fēng)化層厚13~35m,右岸坡厚15~20m。壩址河床底寬60~70m,主要為含礫卵石層,厚27~29m,偶見透鏡體狀灰色粉質(zhì)粘土(厚10~30cm),含礫卵石層顆粒大小一般2~25cm,個(gè)別孤石達(dá)50~80cm,粒徑大于5mm含量60%~80%,巖性為石英砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)巖類等,磨圓度好,堆積較密實(shí),堆積時(shí)間較長。3水庫-地震物理力學(xué)特性研究壩基的深厚覆蓋層的物理力學(xué)特性直接決定了大壩的安全穩(wěn)定性、工程量的大小及工程投資的多少,為此我們作了大量的試驗(yàn)和研究工作。3.1含礫研磨顆粒大小對觸探值的影響在鉆孔內(nèi)進(jìn)行原位重型動(dòng)力觸探測試53次,實(shí)測擊數(shù)N63.5=8.3~35擊,平均18.8擊。桿長、地下水位修正后擊數(shù)N′63.5=8~30.9擊,平均18擊。觸探處含礫卵石顆粒大小對觸探值有明顯的影響。一般在砂礫石集中處,擊數(shù)偏小,反之漂石、卵石集中處,擊數(shù)偏大。本工程觸探擊數(shù)沒有隨深度遞增、遞減和成層變化等情況,說明河床漂卵石砂層中,漂卵石、礫石、砂在空間分布上相對均勻,除個(gè)別薄夾層和透鏡體外,無明顯的分層。根據(jù)觸探結(jié)果推算河床含礫卵石層天然孔隙比e=0.24,可見其堆積密實(shí)。3.2孔內(nèi)礫吳石層波速測定鉆探中,含礫卵石層鉆孔壁垮孔嚴(yán)重,只能部分在鉆孔中進(jìn)行聲波測試獲得波速。由于河床砂、礫夾層厚度大約30~50cm,測試間距定為30cm。實(shí)測孔內(nèi)含礫卵石層波速一般在1.5km/s左右,波速小值范圍1.031~1.361km/s,大值范圍1.961~3.279km/s,均值范圍1.372~1.842km/s。鉆孔波速值與孔內(nèi)巖芯描述是相吻合的?？妆谄幝曀倨?砂礫處聲速偏小,遇大孤石聲速增加較大,總體反映了卵礫石砂的特征。3.3淺層平板載荷試驗(yàn)在壩軸線上(JZ2)和上游(JZ1)、下游(JZ3)各50m處的河床中部含礫卵石層上,進(jìn)行了現(xiàn)場淺層平板載荷試驗(yàn)(見圖3)。載荷試驗(yàn)位置深度在地面下1.0m深度進(jìn)行,試驗(yàn)最終加載荷載為壩體填筑后最大壩高(69.5m)產(chǎn)生的附加應(yīng)力1800~2000kPa。測試成果見表1。由此可見,地面下1.0m深度含礫卵石層的承載力和抗變形能力均達(dá)到大壩設(shè)計(jì)要求。3.4壩基地層透水層分布為了查清含礫卵石層的滲透特性,在6個(gè)鉆孔中進(jìn)行了注水試驗(yàn)33次,滲透系數(shù)K=1.4×10-3~9×10-2cm/s,平均值K=1.3×10-2cm/s。根據(jù)滲透系數(shù)K可將壩基地層分為2個(gè)透水層:(1)強(qiáng)透水層(10-2≤K<10-1cm/s),呈層狀分布于河床沖洪積中上部;(2)中等透水層(10-4≤K<10-2cm/s),呈層狀分布于河床的中下部。可見,河床壩基的含礫卵石層的滲透性較強(qiáng)。3.5測試在壩軸上下游河床30m、50m、80m處的含礫卵石層取6個(gè)土樣進(jìn)行室內(nèi)顆分試驗(yàn),結(jié)果見表2。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見,土層級配較好。3.6天然干容重、干容重、孔隙率通過含礫卵石層現(xiàn)場天然容重測試12組得到,天然含水量w天=6.5%~7.6%,比重=2.72~2.73,天然容重ρ天=2.3g/cm3,天然干容重ρ干=2.04~2.10g/cm3,干容重平均值ρ均值=2.07g/cm3,孔隙率n=22.78%~25.26%。3.7內(nèi)重塑試驗(yàn)結(jié)果由于含礫卵石層難以得到原狀土樣,根據(jù)現(xiàn)場天然容重測試的結(jié)果,通過室內(nèi)重塑試驗(yàn)得到:固結(jié)快剪C=26.5~32.95kPa,內(nèi)摩擦角φ=39.31°~39.68°,推薦值不計(jì)C值,按均值的0.85折計(jì)為33.6°,壓縮系數(shù)a1-2=0.08~0.10MPa-1。4水庫基本結(jié)構(gòu)的工程地質(zhì)分析4.1粗、細(xì)顆粒區(qū)分根據(jù)注水試驗(yàn)和顆分試驗(yàn)的結(jié)果對壩基含礫卵石層進(jìn)行滲透變形分析,采用的計(jì)算方法見式(1)~(3),計(jì)算結(jié)果見表3。式中d10——小于該粒徑的含量占總土重的10%的顆粒粒徑,mm;d60——小于該粒徑的含量占總土重的60%的顆粒粒徑,mm。P≥35%為流土,P<25%為管涌,35%>P≥25%為過渡型(2)式中P——細(xì)顆粒含量,即相應(yīng)于粗、細(xì)顆粒區(qū)分粒徑d的顆粒含量。式中d70———小于該粒徑的含量占總土重的70%的顆粒粒徑,mm。由此可見,壩基含礫卵石層最可能發(fā)生的滲透破壞為“管涌”,其次為“過渡型”。4.2壩前水力坡降持續(xù)計(jì)算比降采用試驗(yàn)所得的土粒比重、孔隙率和顆粒級配按式(4)計(jì)算壩基含礫卵石層的臨界水力比降Jcr=0.065~0.075。式中Gs———土粒比重;n———土的孔隙率;d5———小于該粒徑的含量占總土重的5%的顆粒粒徑,mm;d20———小于該粒徑的含量占總土重的20%的顆粒粒徑,mm。壩前水位63m,壩底寬按320m考慮,壩址上下游水力坡降I=h/L=63/320=0.2。含礫卵石層的臨界水力比降小于大壩的水力比降。故壩址壩基河床含礫卵石層有產(chǎn)生管涌型或過渡型滲透破壞的風(fēng)險(xiǎn),需在下游對壩基進(jìn)行抗?jié)B透破壞保護(hù)。4.3粒徑d>5mm含量沖洪積含礫卵石層在河床分布基本穩(wěn)定,在壩址河床厚27~29m,地表和深部空間組分相對均勻,粒徑d>5mm含量為78.66%~85.63%大于或等于70%。根據(jù)表2顆分試驗(yàn)結(jié)果和GB50487-2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P的規(guī)定,進(jìn)行液化判別,具體見表4,可見河床含礫卵石層不會(huì)產(chǎn)生地震液化問題。4.4壩基抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算河床厚27~29m的含礫卵石層作為大壩的主要持力層,對大壩的抗滑穩(wěn)定影響極大。該層級配較好,堆積較密實(shí),厚層細(xì)砂、軟弱夾層分布,按照上文所得到的物理力學(xué)指標(biāo),利用有限元軟件進(jìn)行了壩基抗滑穩(wěn)定的數(shù)值驗(yàn)算。當(dāng)考慮滲流作用時(shí),壩基天然狀態(tài),計(jì)算所得的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為0.98~1.12;對壩基進(jìn)行防滲處理后,壩基的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.20~1.27。5壩段基礎(chǔ)概況通過上文的分析,大壩含礫卵石層厚,不僅存在壩基滲漏問題,而且存在滲透破壞和抗滑穩(wěn)定問題。通過三維有限元數(shù)值驗(yàn)算,壩基采用的處理措施如下:大壩清基:河床段基礎(chǔ)座落于較密實(shí)的沖洪積含礫卵石層上,清基深度2~3m;左、右壩段基礎(chǔ)座落于基巖或較密實(shí)的殘坡積層上,基巖清基深度0.5~1m,殘坡積層清基深度一般1~2m,左岸坡腳坡積碎石土層清基厚3~4m,心墻基礎(chǔ)在河床段與含礫卵石層接觸面及岸坡基巖接觸面設(shè)置C15混凝土蓋板。防滲處理:河床段基礎(chǔ)沖洪積含礫卵石層采用C10混凝土防滲墻,混凝土防滲墻厚0.8m;壩基采用帷幕灌漿處理,標(biāo)準(zhǔn)為q≤5Lu,帷幕頂界為正常蓄水位2206.06m,兩岸邊界以正常蓄水位與山體地下水位交點(diǎn)確定,左壩段灌漿帷幕為懸掛式帷幕,右壩段為接地式帷幕;左壩段布置為雙排孔,右壩段布置為單排孔,孔距為2.0m,排距為1.5m,主帷幕灌漿軸線位于大壩心墻軸線上,副帷幕灌漿軸線位于主帷幕灌漿