石门沟贮灰坝动力稳定性分析

1/5石门沟贮灰坝动力稳定性分析摘要利用电厂粉煤灰做为筑坝材料能就地取材，节省工程成本，但粉煤灰易液化，对粉煤灰坝的稳定将构成极大影响。本文结合微水电厂贮灰场子坝加高工程，从试验和计算两方面对粉煤灰坝的动力特性进行了分析。关键词粉煤灰；子坝；动力特性；液化1前言火电厂每年都要排放大量粉煤灰，这是一种质轻、多孔松散粒状，颗粒细，比重小，无粘性、无塑性，在静力状态下粉煤灰有较高强度，但在饱和状态和动力作用下则极易发生液化破坏。目前大多采用筑坝贮灰的方法来解决粉煤灰的存贮问题。贮灰坝一般为土坝或堆石坝，但现已有直接采用粉煤灰来筑坝或填筑加高子坝，并取得了许多成功经验，节约了大量的工程建设费用。微水电厂石门沟贮灰场位于河北省石家庄市井径县境内，初期坝为建于沟贮灰场位于河北省石家庄市井径县境内，初期坝为建于奥陶纪石灰岩上的砌石堆石坝，坝高，上游坡比1，下游坡比1及1，在初期坝灰库堆满后，再修建两级子坝，坝高均为10M，使终期坝高达到。灰坝处于7地震烈度区，两期子坝均为灰坝，且建在沉积的粉煤灰上。由于粉煤灰在动荷载下极易液化，从而丧失其强度，因此灰库的安全问题引起了各方的高度重视。2/52粉煤灰特性21物理特性微水电厂的粉煤灰呈灰褐色，无粘性，不均匀系数CU，级配不良，且由于采用湿法水力排放，粉煤灰在沉积过程中的分选性很明显，成层状分布，层厚1020CM，其物理性质指标见表1。22动力特性221粉煤灰的动强度贮灰场子坝筑坝材料均为灰场内部的粉煤灰，动强度是在S3D液压振动三轴仪上测得，原状灰采用干灰分层填装，制样时拌和并加少量水份，分6层击实；碾压灰将最优含水量的试样标准击实，全部试验均采用抽真空循环脱气水饱和，并施加一定的反压力，保证孔隙水压力系数B达到以上。试验采用固结比KC、，固结应力3、，以轴向动应力D和3的比值与破坏振动次数NL的关系曲线表示动强度的变化，3可以确定出不同破坏标准、不同振次、不同初剪应力比下各种灰的动抗剪强度包线。整理结果见表2。222粉煤灰的动剪切模量和阻尼比粉煤灰的动剪切模量和阻尼比试验是在DTC15813/5型共振柱仪上进行，根据试验，最大剪模量CMAX随围压3有较好的线性关系GMAXKPA3/PAN，对于原状态K380，N；对于碾压灰K540，N。根据动剪模量比G/GMAX、阻尼比和动剪应变的关系曲线，整理不同剪应变下的动剪模量比和阻尼比值如表3。3有限元动力稳定性分析31有限元分析方法本次研究采用有效应力分析法和总应力分析法，地震分析程序采用沈珠江编制的EFESD，模拟施工填筑过程，按比奥固结理论分级进行静力计算，得出震前的应力应变及孔隙压力分布。动力计算采用南京水科院提议的等价粘弹性模式，把地震时间分成若干个时段，对每个时段分别用逐步积分法进行动力分析，从动力分析得出包括加速度、动应力和动应变在内的各点动力反应过程。如果把整个地震过程作为一个时段，则可归结为总应力法计算，稳定性分析采用这种方法进行。32动力力应变模型在动力分析中，某一荷载循环下的动剪切模量G、阻尼系数、残余体应力应变增量V及残余偏应变增量按下式计算4/533施工模拟运行灰场大坝一期为砌石坝，最大坝高为，按180D建成计算，一期灰库运行10年，灰库蓄满。一期子坝高10M，按80D建成计算，运行5年。二期子坝坝高10M，建设期为80D，计划在5年后达到贮灰的最终标高，整个计算区域划分为396个结点，355个单元。灰场按7设防，最大加速度为，动力积分时间步长为，地震加速度里程曲线为人工模拟而成，地震动持时15S，强震持时8S，等效循环次数10次。34计算成果动力计算中，按动有效应力法计算孔隙压力及液化情况，动总应力法计算稳定性。从动应力计算结果来看，动主应力绝对值与静应力相比很小，而在灰坝基础部位，出现了的动剪应力，对坝体的稳定会带来一定的不利影响；两级灰坝的基础中没有出现液化区域，仅在灰坝上游面表层中存在部分液化区，且液化深度较小，对灰场及坝体的安全不会有重大影响；在坝体滑面安全系数的计算中，穿过二级子坝坝体在一级子坝下穿过的一个滑弧面，其安全系数仅为，安全系数偏低。4结论计算所得的动水压力表明了残余孔隙水压力的积累，5/5但液化区的范围有限，且坝前灰渣的液化深度较小，不会对坝体及灰场的稳定产生太大影响。由于本坝在设计工况时的滑动安全系数偏低，因此应对坝体予以加固，建议一、二级子坝采用土工布或其它耐久性好的土工织物对坝体进行加固，同时在二级子坝上游坡设置防渗膜以降低浸润线，同时建议在初期坝坝前内应采用小型机械碾压，尽量减少对初