《水利规划与设计》论文参考格式.doc

贵州首座砂砾石面板堆石坝多年运行后的渗流和稳定复核分析李 玮1（1. 贵州省黔东南州水利电力勘察设计院 贵州 凯里 556000）摘 要：面板堆石坝由于安全性高、施工方便、适应性强、对填筑材料要求不高、节省投资等优点，在国内外受到普遍重视，我国的发展速度较快，不论在建坝的数量、规模、技术、坝高上都已达到较高水平，坝高100米以上的就已建成很多座。但在国内已建坝中，基本上都采用经过开采加工的石料作为坝体填筑材料，用天然砂砾石作为筑坝材料的坝确为数不多，合理利用河床中的天然砂砾石，既节约成本，又不破坏生态环境，减少水土流失。笔者对在缺乏设计依据和经验的情况下建成的砂砾石面板堆石坝，在经过多年运行后的渗流和稳定进行复核，验证其可行性、科学性和合理性，结论仅供类似工程参考！关键词：砂砾石 面板堆石坝 渗流和稳定 复核分析Analysis of Guizhouprovinces firstsandgravelrockfill damfor many yearsafter the operationof seepageand stability checkLi Wei1（1. Guizhou Prefecture of Qiandongnan Province Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute， Guizhou Kaili 556000，China)Abstract：Concrete face rockfill damdue to high safety,convenient construction,strong adaptability,not high,on thefilling materialrequires savingand investment advantages,attracted widespreadattention at home and abroad,the development speedof our countryquickly,regardless of thenumber ofscale,technology,dam,dam heighthavereached a higher level,more than100 meters high damithas builta lot ofseat.But in domestichasthe dam,basicallyhave adoptedaftermining and processingof stoneas theembankment material,using naturalsand and gravelas a construction material fordamisfew,the rational use of naturalsand and gravelin the river,not only saving the cost,anddoes not destroy the ecological environment,reducesoil and water loss.The author of thesand and gravelrockfill dambuilton the lack ofdesign basis andexperiencecase,afteryears of operationof theseepage and stabilitycheck,verify its feasibility,scientificity and rationality,the conclusionforthe reference of similar projects!Key words：Sand and gravel；Concrete face rockfill dam；Seepage and stability；The reviewanalysis中图分类号：TV6 文献标志码：A 文章编号：1 工程简介贵州省黄平县两岔河水库，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、水产养殖、旅游等综合性的水利水电工程，位于长江流域沅江水系舞阳河上游河段。主体工程是贵州高原首座采用天然砂砾石作为坝体填筑材料的面板堆石坝（图1），坝址以上集雨面积256km2,总库容6460万m3，属中型水库，坝高42.6m，属中坝，坝长300m，大坝采用洪水标准为50年一遇设计，1000年一遇校核，2000年一遇复核；下游河道洪水标准按30年一遇。工程于1994年8月动工兴建，1998年5月大坝主体完工，1999年3月正式下闸试蓄水，2004年7月，最高库水位达到设计洪水位，至今已正常运行16年。2 工程设计坝址处河谷呈梯形状，谷底宽120150m，两岸比高3540m，宽高比1:61:7，岩性为块状砖红色粘土质粉砂岩，杂砂岩，厚层中厚层浅紫色泥岩，钙质含砾、岩屑砂岩，中厚层砖红色粉砂质粘土岩组成韵律层。红粘土层为极微透水层，渗透系数K110-6cm/s；卵石土层和园砾土层为极强透水层，渗透系数K5.7910-1cm/s。大坝坝基岩体较完整，构造及水文地质条件简单，趾板地基为弱风收稿日期：2015-05-01作者简介：李玮（1968-），女，湖北武汉人，高级工程师，国家注册造价师，研究方向水利工程设计、监理及工程造价。E-mail：。化岩体，没有大的断层破碎带、强烈风化带、岩溶以及陡峻岸坡等不利因素，河床中的天然砂砾石储量达162万m3，储量、地形、地质条件能较好地满足中等坝高的面板堆石坝的建坝条件要求。图1 两岔河水库砂砾石面板堆石坝Fig1 Liangchahe Reservoir Sand and gravelrockfill dam本地区地震基本烈度小于度，故不进行抗震设计。设计最大坝高42.6m，坝顶长300m，顶宽5.5m，最大底宽131.69m，坝顶上游面设防浪墙，上游坡比1:1.5，下游坡比为1:1.6，设两条马道。坝体上游面为钢筋混凝土防渗面板，向下游依次为垫层、纵横（竖向及横向）排水体、砂砾石堆体，下游坝面为护坡干砌砼预制块，坝基设水平排水体，下游坡脚设排水棱体。坝体分为垫层区、纵横排水区、主体砂砾石区、坝基垫层区、坝基排水区、下游坝面干砌砼预制块护坡区及下游坡脚排水棱体区（图2）。 参照国内外的经验，结合当地实际情况，选定砂砾料的填筑标准：相对密度0.65，最大干密度2.26 g/cm3，最小干密度1.86g/cm3。经对多个料场现场取样试验，设计确定的碾压参数为：铺层厚度不超过60cm，碾重12t，碾压8遍，引车速度小于2km/h，设计干密度为不小于2.1g/cm3。3 工程实施及运行情况工程于1999年3月全部建成，达到设计规模，大坝碾压填筑用砂砾石料共约70万m3，施工检测填筑数据：左坝段平均为2.17gcm3，右坝段平均为2.19gcm3，全坝段平均为2.18gcm3。经过运行管理单位多年对坝体外部变形、渗漏、位移和沉降观测，水库下闸试蓄水期，水位限制在汛限水位以下，蓄水引起上游测点向下游位移，但变化不大，受水压力影响，位移在早期增长较快，以后逐渐趋于稳定，未发生突变现象，蓄水期实测最大沉降增量为8mm，发生在坝轴线1/3坝高填筑区内，水平位移最大增量为6mm，水库正常蓄水后位移和沉降变形甚微，坝体变化趋于稳定，表明坝体沉降在试蓄水期已基本完成。随着库水位逐渐升高，坝后量水堰量测的水量由蓄水初期5.0 L/s增至16.0 L/s，在2000年10月至2002年12月期间，渗流量最大，最大值为25.20L/s，其后逐渐减小，一般在1.96 L /s16.05L /s范围变动，坝体孔隙水压力没有明显变化，水库渗流量正常，水质清澈，渗流状态稳定。4 渗流和稳定复核分析4.1计算程序选择采用河海大学按现行规范开发的水工结构有限元分析系统Autobank软件，对本工程进行渗流和稳定复核分析。该软件可对土石坝、面板堆石坝、堤防、涵洞、水闸等水工建筑物进行详细分析；能对水上和水下多层基础（包括断层、软弱夹层）、多种坝体材料进行渗流、变形、应力、稳定一体化分析计算，并且各计算阶段无缝结合；在AutoCAD中直接运行，全部图形化界面，操作简便；内部采用有限元技术和先进计算方法，计算结果准确可靠，已在多个工程中得到验证。4.2筑坝材料参数及计算成果由于当时我国尚未出台此类坝的规程规范，缺乏设计依据，用当地砂砾石作为筑坝材料，在国内较少，在贵州也没有先例，只有参照国内外已建的同类坝型的成功经验，结合本地实际情况，经过试验进行设计。本文依据原设计确定的参数、以及施工检测和蓄水运行后的观测数据（表1），根据现行混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-2013）和碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）的规定，对大坝在设计洪水位、复核洪水位和汛限水位下的运行情况进行渗流和稳定复核分析，计算所采用的参数和分析结果如下（表2）：表1 坝体主要材料设计及实际填筑参数Tab.1 Design of the damof main materials andpractical fillingparameters名 称设 计干密度实 际干密度渗透系数浸润线以下浸润线以上备注粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角g/cm3g/cm3cm/sMPa度MPa度砼防渗面板2.302.30110-50.43380.4338基岩2.602.60110-50.50400.5040垫层2.202.168110-20.11250.2028排水体2.202.159910-10.22280.4338堆体砂砾石210-10.11250.2028排水棱体2.302.30910-10.22280.4338表2 渗流和稳定分析的主要计算成果Tab.2 The mainanalysis of the calculation resultsof seepageand stability水位名称水力梯度单宽流量渗流量稳定安全系数K（运行期）计算公式摩根斯顿法（非圆弧滑动面）毕肖普法（圆弧滑动面）m3/s.mL/s工况上游面下游面上游面下游面设计水位（p=2%）1.2810-28.0310-62.41设计5.1393.4955.1123.514实际4.9743.4314.9343.454复核水位（p=0.05%）1.571014.0610-4121.8设计4.7703.2754.7263.351实际4.6173.2174.5713.292汛限水位1.2610-26.9810-62.09设计4.5713.4954.5673.514实际4.4403.4314.4163.4544.3结 论4.3.1计算分析得出的设计渗流量在2.41121.8 L/s之间，与实测数据相符，也满足现行规范要求。4.3.2各种工况下的稳定安全系数均大于现行规范值，达到现行规范的规定。4.3.3设计单位通过试验确定的碾压设备、碾压厚度、碾压遍数和引车速度合理，选取的坝体填筑材料参数合理，坝体结构分区合理，并与国内同行研究的成果结论一致，如郭益民的土石坝坝坡碾压设备应用和李现社的对碾压式土石坝设计规范中压实系数的探讨。4.3.4根据设计的理论参数、施工的实际参数、运行期的观测数据，用国内先进的计算软件按现行规范复核，并与同类工程的成功经验比较，各类参数指标科学合理，说明本工程安全、稳定。5 结 语本工程采用天然砂砾石作为堆石坝筑坝的新型材料，从分析结果可以看出，技术上合理可行，同时还具有就地取材，节约成本，减少水土流失和不破坏生态环境等优点，也为此类坝提供了一个成功的实例，填补了贵州高原用砂砾石筑坝的空白。本工程的稳定安全系数均大于3，远远大于现行规范值，主要原因是由于缺乏设计依据和成功经验，设计确定的坝体断面过大，上、下游面的坡比较缓。在以后的工程中，按照现行规范进一步优化，必将会更加节约投资，此项技术在具有条件的地方应该全面推广，具有广泛的应用前景，若采用含天然砂砾石的碾压砼方式筑坝，可以向高坝方向发展，但需要进一步研究和论证。参考文献1、黔东南州水利电力勘察设计院.黄平县两岔河水库初步设计报告R,1993-