土副坝防洪及抗震安全复核.doc

4 土副坝防洪及抗震安全复核4.1 复核计算的依据（1）碾压式土石坝设计规范（SL2742001）；（2）水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）；（3） 陕西省水利电力土木建筑勘测设计院，陕西省二郎坝引嘉(陵江)如汉（江）水利工程初步设计说明书，1990年7月；（4） 陕西省水利电力勘测设计研究院，二郎坝水电工程水库枢纽竣工安全鉴定设计自检报告，2007年9月。4.2 坝顶高程复核计算4.2.1 基本资料根据二郎坝水电工程水库枢纽竣工安全鉴定设计自检报告，天生桥水库枢纽区多年平均最大风速为20m/s，风区长度（有效吹程）为3km；副坝建筑物级别为3级；水库正常蓄水位为1080m。根据天生桥水库枢纽建筑物防洪及抗震安全复核计算任务书，本次复核计算采用地震设计烈度为7度。根据本次洪水调节复核计算结果，水库设计洪水位为1180.31m（重现期50年），校核洪水位为1185.52m（重现期1000年）。4.2.2 计算方法按照碾压式土石坝设计规范（SL2742001）5.3.3条要求，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，坝顶超高应按下式计算: = + + （4.1） 式中，y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝坡上的爬高,m；为最大风壅水面高度，m；A为安全加高, m。本工程地震设计烈度为7度。根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）5.3.2条规定，地震区的安全加高A尚应增加地震沉降和地震壅浪高度（地震附加安全加高）。波浪爬高按莆田试验站公式计算: （4.2）式中，为坝坡的糙率渗透性系数，按砌石护坡查得=0.75；为经验系数；根据坝坡前水深查得=1； 为波高，=；为波长，=。最大风壅水面高度计算按下式计算: （4.3）式中，为综合摩阻系数，取值； 为水域平均水深，根据吹程取为80m；为风向与水域中线夹角，取=0。4.2.3 计算工况及计算参数4.2.3.1 计算工况根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），选取坝顶高程进行复核计算的工况如下：（1）正常蓄水位工况：正常蓄水位+ 正常运用条件的坝顶超高；（2）设计洪水位工况：设计洪水位+ 正常运用条件的坝顶超高；（3）校核洪水位工况：校核洪水位+ 非常运用条件的坝顶超高；（4）正常蓄水位+地震工况：正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震附加安全加高。4.2.3.2 计算参数（1）设计风速水库枢纽区多年平均最大风速为20m/s，副坝建筑物级别为3级。根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），选取设计风速如下：1）正常运用条件：W=1.5*20=30m/s2）非常运用条件：W=1.0*20=20m/s（2）波浪参数根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）附录A，确定各工况的波浪参数见表4-1。（3）安全加高副坝建筑物级别为3级，本工程位于山区。因此，根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）表5.3.1，对应正常和非常运用条件的安全加高A分别为0.70m、0.40m。表4-1 各工况的波浪参数表工况风速m/s平均波高/m平均波长/m正常蓄水位工况301.93115.797设计洪水位工况301.93115.797校核洪水位工况201.26910.531正常蓄水位+地震工况201.26910.531（4）地震附加安全加高本工程地震设计烈度为7度。根据水工建筑物抗震设计规范（SL203-97），本工程可不计地震附加沉降，地震壅浪高度可取0.501.5m。根据本工程地震设计烈度及坝前水深情况，取地震壅浪高度为1.0m。因此，本工程地震附加安全加高为1.0m。4.2.4 计算结果按照上述计算方法，进行各工况的坝顶高程计算。计算结果见表4-2。 表4-2 坝顶高程计算成果表 工况静水位/m波浪爬高R/m最大风壅水面高度e/m安全加高A/m地震附加安全加高/m坝顶超高Y/m坝顶高程/m正常蓄水位1180.000.980.0030.700.01.6831181.68设计洪水位1180.310.980.0030.700.01.6831181.99校核洪水位1185.520.870.0060.400.01.2761186.80正常蓄水位+地震1180.000.870.0060.701.01.5761181.58由表4-2可以看出, 副坝坝顶高程由校核洪水位工况控制，应取坝顶高程为1186.80m。4.2.5 与原设计成果的对比原设计按校核洪水情况控制，计算的副坝坝顶高程为1186.50m；原设计实际采用即现状坝顶高程为1187.0m。因此，现状坝顶高程比本次复核的坝顶高程高0.20m，现状坝顶高程满足要求。4.3 土副坝坝坡稳定分析4.3.1 计算断面的选取根据土副坝的总体布置情况及其地质条件，本次土副坝的坝坡稳定复核计算选择与原设计相同的计算断面（桩号0+118.5），见图4-1。图4-1 土副坝坝坡稳定计算断面图计算断面上游面从溢洪洞进口引渠底板高程1160m起坡，以1：4坡上升至高程1170m设置3m宽马道，再以1：4坡继续上升至高程1181m处设置3m宽马道，然后以1：3坡上升至坝顶高程1187m。下游面为古河床上的坝体填筑部分，高67m，设计坡比为1：2，其下部1180.00m高程以下为古河道覆盖物，覆盖物以缓坡沿古河道向下游延伸达3km以上。4.3.2 计算工况依据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），并结合天生桥水库运行特点以及土副坝计算断面特征，选取坝坡稳定分析的计算工况如下：（1）正常蓄水位工况：水库水位为正常蓄水位1180m，防渗墙上游1180m高程以下原状土为饱和状态。（2）水位降落期工况：水库水位从正常蓄水位1180m降至死水位1140m，起降水位对应的防渗墙上游1180m高程以下原状土为饱和状态。（3）正常蓄水位+地震工况：水库水位为正常蓄水位1180m，同时遭遇7级地震，防渗墙上游1180m高程以下原状土为饱和状态。4.3.3 计算参数根据设计自检报告，选取坝体及坝基物理力学指标见表4-3。 表4-3 坝体及坝基物理力学指标 土类重度(kN/m3)内摩擦角(度)粘聚力(kPa)1180m高程以上填土19.621.7301180m高程以下原状土饱和状态20.012.830根据本次洪水复核计算成果，并结合枢纽泄水建筑物布置情况，确定从正常蓄水位1180m降至死水位1140m的库水位降落过程线见表4-4。表4-4 库水位降落过程水位（m）1180117811761174117211701168历时（h）0.000.691.442.293.384.836.31水位（m）1166116411621160115811561154历时（h）8.2310.6113.5116.5419.4122.3124.95水位（m）1152115011481146114411421140历时（h）27.3129.7132.1534.6336.8238.7240.654.3.4 计算方法根据计算断面特征，并参照二郎坝水电工程水库枢纽竣工安全鉴定设计自检报告（2007年9月）的分析思路，本次复核计算也只进行计算断面上游坝坡的稳定分析。由于计算断面上游坝坡附近主要为成层分布的原状土（粉质壤土，壤土夹碎石、块石，湖积灰绿色粘土，冲积、洪积层），因此坝坡稳定计算选用瑞典圆弧法，运用理正边坡稳定分析软件具体实施计算。该软件基于刚体极限平衡原理，通过对多组潜在圆弧滑动面的反复试算，最终找出最危险圆弧滑动面及坝坡稳定最小安全系数。根据土副坝的建筑物级别及设计地震烈度等条件，在进行正常蓄水位+地震工况计算时，依据水工建筑物抗震设计规范（SL203-97），采用拟静力法实施抗震稳定计算。4.3.5 计算结果及其分析计算得到的正常蓄水位工况、水位降落期工况及正常蓄水位+地震工况的上游坝坡最危险圆弧滑动面分布结果分别见图4-2、图4-3及图4-4。结果表明，三种工况最危险滑弧的位置基本接近，滑出点均位于高程为1160m的坡脚处，距坝轴线约116117m。各工况上游坝坡稳定最小安全系数计算结果以及与二郎坝水电工程水库枢纽竣工安全鉴定设计自检报告（2007年9月）相应结果的比较见表4-5。表4-5 上游坝坡抗滑稳定最小安全系数计算结果及其比较表计算工况本次复核计算结果规范规定值设计自检报告计算结果正常蓄水位工况1.361.30水位降落期工况1.321.201.28正常蓄水位+地震工况1.241.15从表4-5可以看出，三种工况下土副坝上游坝坡抗滑稳定最小安全系数均大于规范规定值，因此均满足稳定要求。另外，在水位降落期工况下，本次复核计算结果与原设计自检报告计算结果基本吻合。 图4-2 正常蓄水位工况上游坝坡最危险滑动面分布图 图4-3 水位降落期工况上游坝坡最危险滑动面分布图 图4-4 正常蓄水位+地震工况上游坝坡最危险滑动面分布图 4.4 土副坝右岸边坡稳定分析4.4.1 计算断面的选取根据二郎坝水电工程水库枢纽竣工安全鉴定设计自检报告（2007年9月），土副坝右岸肩在防渗墙施工部位进行了槽挖。因此，应对土副坝右岸边坡进行相应的稳定分析。本次复核计算选择与该设计自检报告相同的计算断面，即取岸坡与坝坡在高程1172.5m处的相交断面。计算断面见图4-5。4.4.2 计算工况及计算参数计算工况选用与坝坡稳定分析相同的计算工况，见4.3.2节。根据设计自检报告，选取岩土物理力学指标见表4-6。 表4-6 坝体及坝基物理力学指标 土类重度(kN/m3)内摩擦角(度)粘聚力(kPa)原状土19.621.730原状土饱和状态20.015.030库水位降落过程见表4-4。4.4.3 计算方法土副坝右坝肩主要为坡积物，因此右岸边坡稳定计算选用瑞典圆弧法，运用理正边坡稳定分析软件具体实施计算。在进行正常蓄水位+地震工况计算时，依据水工建筑物抗震设计规范（SL203-97），采用拟静力法实施抗震稳定计算。4.4.4 计算结果及其分析计算得到的正常蓄水位工况、水位降落期工况及正常蓄水位+地震工况的上游坝坡最危险圆弧滑动面分布结果分别见图4-6、图4-7及图4-8。结果表明，三种工况最危险滑弧的位置基本接近，滑出点均位于高程为1173.20m处。各工况上游坝坡稳定最小安全系数计算结果以及与二郎坝水电工程水库枢纽竣工安全鉴定设计自检报告（2007年9月）相应结果的比较见表4-7。从表4-7可以看出，三种工况下土副坝右岸边坡抗滑稳定最小安全系数均大于规范规定值，因此均满足稳定要求。另外，在水位降落期工况下，本次复核计算结果与原设计自检报告计算结果基本吻合。 图4-5 土副坝右岸边坡稳定计算断面图 图4-6 正常蓄水位工况土副坝右岸边坡最危险滑动面分布图 图4-7 水位降落期工况土副坝右岸边坡最危险滑动面分布图 图4-8 正常蓄水位+地震工况土副坝右岸边坡最危险滑动面分布图 表4-7 土副坝右岸边坡抗滑稳定最小安全系数计算结果及其比较表计算工况本次复核计算结果规范规定值设计自检报告计算结果正常蓄水位工况1.751.30水位降落期工况1.711.201.73正常蓄水位+地震工况1.581.154.5 小结根据本章复核计算，可以得到以下结论：（1）复核计算坝顶高程为1186.80m。原设计实际采用即现状坝顶高程为1187.0m。因此，现状坝顶高程满足要求。（2）根据正常蓄水位工况、水位降落