河南高家湾水库坝体渗流及稳定性分析.doc

河南高家湾水库坝体渗流及稳定性分析
摘要:水库大坝渗流稳定分析,对大坝的安全鉴定和后期的除险加固起着至关重要的作用。文章选取河南省罗山县高家湾水库大坝为研究对象,通过实际勘测资料分析,对大坝地质条件比较复杂的断面进行渗流稳定计算。计算成果为坝体的除险加固提供了理论依据和一定的借鉴作用。
关键词:土石心墙坝;渗流计算;稳定分析
中图分类号: P343 文献标识码: A
1 引言
渗流稳定分析是评定大坝安全性能的重要指标之一,因蓄水后坝体渗漏等问题所导致的一系列失事问题不胜枚举[1]。尽管工程技术人员对许多病险水库的安全运行状态的监测和加固方案设计做了很多研究和总结,但由于土石坝的特殊性,土石坝的渗流稳定问题仍然需要进一步的深入研究。
本文选取需除险加固的河南省罗山县高家湾水库为研究对象,坝址位于淮河水系竹竿河支流小黄河支沟,,,是一座以防洪､灌溉为主,结合水产养殖等综合利用的水库。大坝为心墙砂壳坝,,,最大坝高17m,坝长41m,;上游平均坡比为1:,下游平均坡比为1:,采用植草护坡。
2 工程地质
库区工程地质条件及坝体质量如下:
1)库区出露的地层主要为第四系残积层(Q2e1)和燕山期侵入花岗岩(γ53)。河床上部及阶地上部多为重粉质壤土。
2)坝体砂壳填土为花岗岩石渣,含大量重粉质壤土。根据现场渗水试验成果,×10-4cm/s;心墙填土为粘土重粉质壤土,,×10-5cm/s~×10-4cm/s。大坝粘土心墙的防渗性不足,且在勘察期间发现下游坡脚见有多处渗漏点。
3)坝基､坝肩主要为燕山期侵入花岗岩。坝基为弱风化花岗岩,根据现场渗水试验成果,×10-5cm/s。
根据工程地质勘察结果,该水库存在渗漏问题,需对大坝进行渗流稳定计算和抗滑稳定分析。
3 计算原理
通过对地质勘测资料的分析和研究,选取大坝桩号为B0+015的典型断面,对大坝进行渗流稳定分析。
基于达西定律,这里采用有限元分析法求解渗流场,稳定渗流方程采用大坝渗流量(根据《水工设计手册》)不透水地基心墙坝心墙[2]渗流量计算公式:
(1)
式中:k――土的渗透系数;Ф――势函数。
坝体抗滑稳定计算,按规范《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)的要求,计算方法采用简化的毕肖普法(Simplified Bishop);该方法使用圆孤滑裂面,假设土条两侧的作用力均为水平,建立垂直方向的静力平衡方程,通过整体对圆心的力矩平衡解得安全系数。高家湾水库大坝级别为5级,正常运用条件下的允许抗滑安全系数K
≥,非常运用条件下的允许抗滑安全系数K≥。
4 基本参数及计算工况
根据《罗山县高家湾水库除险加固工程初步设计阶段工程地质勘察报告》,各层地质土体物理力学性质参数见表1:
表1大坝土体参数
土层比重孔隙比e 天然密度饱和密度渗透系数原状土快剪饱和固结快剪
(g/cm3) (g/cm3) (cm/s) C(kpa) φ(°