第13章工程案例 13.1蒲城电厂张家沟灰坝 13.1.1基本情况 (1)项目来源:电力部西北电力勘测设计院。 (2)完成日期:1990年4月 (3)设计阶段:技施设计。 (4)存档文件: 蒲城电厂张家沟、甘南沟灰场工程地质勘探报告,水利水电科学研究院,岩土 (90)1990年7月 2)蒲城电厂灰坝坝基原状及粉煤灰土工试验报告,水利水电科学硏究院,岩土 (90)1990年7月 3)蒲城电厂贮灰库平面坝固结有限元计算,水利水电科学研究院,岩土(90)1990年 月 4)蒲城电厂挡灰坝坝型及地基处理方案论证,水利水电科学研究院,岩土(91)191 5)蒲城电厂张家沟、甘南沟灰场坝坡稳定分析报告,水利水电科学研究院,岩土 (91)-14,1991年。 13.1.2工程概述 蒲城电厂张家沟灰坝建于第四系全新统软土地基上,坝基主要为淤泥质亚粘土,地基地 下水位高,因此在修建灰坝时存在着坝坡连同地基发生滑坡的可能性,需结合实际的填筑速 率设计必要的地基排水工程措施,以确保灰坝填筑安全。大坝典型剖面图如第7章图7.2所 坝坡稳定分析按初期(坝高为20m)、中期(填筑到440m高程)和终期(填筑到470m 高程)三个阶段进行。本项工作要求比较铺设水平垫层和竖直砂井排水两种工程措施对提高 坝坡稳定安全系数的作用。同时还比较了一个初期坝为15m高的方案。复核遭遇7度和8 度地震情况下的坝坡稳定安全系数。堆灰速率为第一年填筑到405m高程,在以后的15年 中填筑到470m高程左右。在分析计算中还考虑了一个提高初期坝施工速率的方案。 13.1.3计算条件 1.计算工况
第13章 工程案例 13. 1 蒲城电厂张家沟灰坝 13. 1. 1 基本情况 (1) 项目来源 电力部西北电力勘测设计院 (2) 完成日期 1990 年 4 月 (3) 设计阶段 技施设计 (4) 存档文件 1) 蒲城电厂张家沟 甘南沟灰场工程地质勘探报告 水利水电科学研究院 岩土 (90)1990 年 7 月 2) 蒲城电厂灰坝坝基原状及粉煤灰土工试验报告 水利水电科学研究院 岩土 (90)1990 年 7 月 3) 蒲城电厂贮灰库平面坝固结有限元计算 水利水电科学研究院 岩土(90)1990 年 11 月 4) 蒲城电厂挡灰坝坝型及地基处理方案论证 水利水电科学研究院 岩土(91)1991 年 5) 蒲城电厂张家沟 甘南沟灰场坝坡稳定分析报告 水利水电科学研究院 岩土 (91)−14 1991 年 13. 1. 2 工程概述 蒲城电厂张家沟灰坝建于第四系全新统软土地基上 坝基主要为淤泥质亚粘土 地基地 下水位高 因此在修建灰坝时存在着坝坡连同地基发生滑坡的可能性 需结合实际的填筑速 率设计必要的地基排水工程措施 以确保灰坝填筑安全 大坝典型剖面图如第 7 章图 7.2 所 示 坝坡稳定分析按初期 坝高为 20m 中期 填筑到 440m 高程 和终期 填筑到 470m 高程 三个阶段进行 本项工作要求比较铺设水平垫层和竖直砂井排水两种工程措施对提高 坝坡稳定安全系数的作用 同时还比较了一个初期坝为 15m 高的方案 复核遭遇 7 度和 8 度地震情况下的坝坡稳定安全系数 堆灰速率为第一年填筑到 405m 高程 在以后的 15 年 中填筑到 470m 高程左右 在分析计算中还考虑了一个提高初期坝施工速率的方案 13. 1. 3 计算条件 1. 计算工况
464土质边坡德定分析一原理 程序 计算上、下游坝坡施工期、正常运用期、库水位骤降期和地震期的稳定性。主要计算 17.5m断面。同时也复核了靠近左岸的坝基夹有软弱夹层的310m断面。针对初期、中期、 终期情况计算以下几种方案 1)地基无处理措施 2)地基垫层厚25m 3)地基垫层厚5m; 4)铺厚2.5m垫层并设竖直砂井; 5)比较方案:初期坝高15m加垫层厚2.5m; 6)比较方案:同5)并提高堆灰速率 7)情况5)加7度和8度地震 2.强度指标 稳定分析所采用的有效应力抗剪强度指标,根据原状样固结排水和固结不排水测孔压 (R')试验成果确定。有关试验成果存档文件2),并列于表13.1 表13.1张家沟灰坝基本材料特性指标 干容重含水量饱和容重饱和度有效强度指标 材料 总强度指标 Yan/m3w(%)a(kN/m3)S(%)c(kPa)φ'(°) Ce kPaφa(°) 地基上层159 19.8 30.0 18 地基下层17.0 20.6 30.0 初期坝 172 垫层 26.7 30.0 灰体 0 47.2 .07 灰坝施工各阶段孔隙水压力消散过程通过比奥原理的二维有限元固结程序CON2D确 定,详见存档文件3)。第7章图75示其中的一个典型工况的孔隙水压力分布图形。 13.1.4计算成果与分析 各种运用条件计算获得的最小安全系数列于表132,部分工况临界滑裂面示于图13.1。 分析这些计算成果,得到如下几点结论: (1)张家沟灰坝建于饱和淤泥质亚粘土地基上,因此渗透系数小,填筑时孔隙水压力不 易迅速消散,如不采取工程措施,坝坡稳定不易保证。在各运行情况下,初期坝竣工时最为 不利,为控制工况。此时固结分析所获得的孔隙水压力系数在局部地区超过1,稳定分析中 发现局部的安全系数很小,鉴于此运行条件下安全系数小于1,因此对张家沟灰场增加排水 工程措施是必要的 (2)采用水平垫层和竖直砂井均可有效地降低孔隙水压力,因而使稳定安全系数提高到 1.1以上,图13.1列出了几个典型运用条件下计算获得的临界滑裂面
464 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 计算上 下游坝坡施工期 正常运用期 库水位骤降期和地震期的稳定性 主要计算 217.5m 断面 同时也复核了靠近左岸的坝基夹有软弱夹层的 310m 断面 针对初期 中期 终期情况计算以下几种方案 1) 地基无处理措施 2) 地基垫层厚 2.5m 3) 地基垫层厚 5m 4) 铺厚 2.5m 垫层并设竖直砂井 5) 比较方案 初期坝高 15m 加垫层厚 2.5m 6) 比较方案 同 5)并提高堆灰速率 7) 情况 5)加 7 度和 8 度地震 2. 强度指标 稳定分析所采用的有效应力抗剪强度指标 根据原状样固结排水和固结不排水测孔压 ( R′)试验成果确定 有关试验成果存档文件 2) 并列于表 13.1 表 13. 1 张家沟灰坝基本材料特性指标 干容重 含水量 饱和容重 饱和度 有效强度指标 总强度指标 材料 γd kN/m3 w(%) γd (kN/m3 ) Sr (%) c′ (kPa) φ′ (°) ccu kPa φcu (°) 地基上层 15.9 24.5 19.8 100 15 30.0 5 18 地基下层 17.0 20.9 20.6 100 40 30.0 5 18 初期坝 17.0 17.2 19.9 82 30 28 8 21 垫层 17.6 5.0 18.5 26.7 0 30.0 0 30 灰体 9.0 30 11.7 47.2 20 31.0 7 23 灰坝施工各阶段孔隙水压力消散过程通过比奥原理的二维有限元固结程序 CON2D 确 定 详见存档文件 3) 第 7 章图 7.5 示其中的一个典型工况的孔隙水压力分布图形 13. 1. 4 计算成果与分析 各种运用条件计算获得的最小安全系数列于表 13.2 部分工况临界滑裂面示于图 13.1 分析这些计算成果 得到如下几点结论 (1) 张家沟灰坝建于饱和淤泥质亚粘土地基上 因此渗透系数小 填筑时孔隙水压力不 易迅速消散 如不采取工程措施 坝坡稳定不易保证 在各运行情况下 初期坝竣工时最为 不利 为控制工况 此时固结分析所获得的孔隙水压力系数在局部地区超过 1 稳定分析中 发现局部的安全系数很小 鉴于此运行条件下安全系数小于 1 因此对张家沟灰场增加排水 工程措施是必要的 (2) 采用水平垫层和竖直砂井均可有效地降低孔隙水压力 因而使稳定安全系数提高到 1.1 以上 图 13.1 列出了几个典型运用条件下计算获得的临界滑裂面
第13章工程例 25,5 45(m) 57(m) 57(m) 90.0 900 图13.1蒲城电厂张家沟灰坝主要工况计算成果 (a)Z3-d(b)Z12d(c)Z5;d)Zl3;(e)Z6;(n)Z14,(g)Z2d,(h)Z24-d (3)从垫层25m和50m两种方案的计算结果看,垫层厚度对稳定安全系数的影响不大 其原因是:①垫层料的抗剪强度指标(c'=0,φ′=30°)与填土和地基的有效强度指标接近 增厚垫层不会提高地基的强度;②垫层作为一种水平排水,增加深度未使排水边界长度有 明显增加,因此排水效果变化不大。鉴于增厚垫层会使工程造价有较大的增加,可考虑垫层 料厚25m不再增厚的方案。 (4)在水平垫层的基础上增设竖直砂井排水,可以使初期坝安全系数明显的增加,因此 砂井排水对坝坡稳定具有明显效果。 (5)相应坝高15m,设25m厚垫层的工况,在提高堆灰速率的情况下,由于超孔隙水 压力变化不大,稳定安全系数降低甚微,坝体仍是稳定的 (6)初期坝高15m方案相应的稳定安全系数较坝高20m的安全系数大,说明适当降低 初期坝髙有利于地基的稳定。因此本研究专题推荐初期坝高15m,铺设25m厚垫层,并提 高堆灰速率的方案
第 13 章 工程案例 465 图 13. 1 蒲城电厂张家沟灰坝主要工况计算成果 (a) Z3-d; (b) Z12-d; (c) Z5; (d) Z13; (e) Z6; (f) Z14; (g) Z22-d; (h) Z24-d (3) 从垫层 2.5m 和 5.0m 两种方案的计算结果看 垫层厚度对稳定安全系数的影响不大 其原因是 垫层料的抗剪强度指标(c′ = 0 φ ′ = 30°)与填土和地基的有效强度指标接近 增厚垫层不会提高地基的强度 垫层作为一种水平排水 增加深度未使排水边界长度有 明显增加 因此排水效果变化不大 鉴于增厚垫层会使工程造价有较大的增加 可考虑垫层 料厚 2.5m 不再增厚的方案 (4) 在水平垫层的基础上增设竖直砂井排水 可以使初期坝安全系数明显的增加 因此 砂井排水对坝坡稳定具有明显效果 (5) 相应坝高 15m 设 2.5m 厚垫层的工况 在提高堆灰速率的情况下 由于超孔隙水 压力变化不大 稳定安全系数降低甚微 坝体仍是稳定的 (6) 初期坝高 15m 方案相应的稳定安全系数较坝高 20m 的安全系数大 说明适当降低 初期坝高有利于地基的稳定 因此本研究专题推荐初期坝高 15m 铺设 2.5m 厚垫层 并提 高堆灰速率的方案
土质边坡穗定分析一原理 (⑦)在遭遇7度和8度地震时采用固结不排水剪指标,稳定安全系数均在1.1以上,因 此各种工况遇地震都不是控制计算条件 表13.2张家沟灰坝稳定计算最小安全系数及相应数据文件 不处理不处理。加垫层加垫层坝高15m垫层及 垫层厚砂地震地震提高堆灰速率 工况k=6×10k=6×10°厚25厚25m厚25m度8度垫层厚2m 初上游092108931117139613381235 1.1541.338 期下游09541140134812621507 1479 1.2911.584 15-DZ18-D 0.7530.65314791.38916511482 中期78 .3831.628 Z7 Z11 13Z17 ,08010.7411.543141216 14911.5191.5 Z10Z14Z16 注1.垫层及砂井坝高15m等各种情况均相应地基渗透数k=6x10°cms情况; 2.地震情况相应初期坝高15m,垫层厚25m方案,地基使用ca、ψ,强度指标 3.提高施工速率相应初期坝高15m方案,垫层及砂井方案相应坝高20m。 3.1.5讨论 这是一个饱和软土地基上快速修建土石坝的典型实例。水利水电科学研究院在工程规 划、设计阶段开展了从土工试验、固结计算、边坡稳定分析到加固方案论证的综合性科研工 作。建设单位采用了建议的设2.5m厚排水垫层的方案。工程开工后,中国水利水电科学研 究院还承担了现场监测和监理工作。 本算例的特点是灰坝坝坡稳定分析采用有效应力法,施工过程中的孔隙水压力通过平面 固结比奥理论的有限元法确定。稳定分析的一个内容是对灰坝填筑的上升速率进行分析和评 价,在STAB程序的应用方面,这是采用程序提供的孔压内插网格功能进行稳定分析的实例。 13.2公伯峡水电站堆石坝 3.2.1基本情况 (1)项目来源:电力部西北勘测设计院。 (2)完成日期:1994年2月 (3)设计阶段:选坝阶段。 (4)存档文件:公伯峡水电站堆石坝边坡稳定分析报告,水利水电科学研究院,岩土 (94)7,1994年2月 13.2.2工程概述 公伯峡水电站在可行性硏究阶段推荐混凝土面板堆石坝和土质心墙堆石坝两种坝型。为 了解这两种坝型在自重及其它荷载作用下的稳定性,西北勘测设计院委托水利水电科学研究 院,对上述两种坝型在各工况下的稳定性进行计算分析
466 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 (7) 在遭遇 7 度和 8 度地震时采用固结不排水剪指标 稳定安全系数均在 1.1 以上 因 此各种工况遇地震都不是控制计算条件 表 13. 2 张家沟灰坝稳定计算最小安全系数及相应数据文件 工 况 不处理 k=6×10-6 (cm/s) 不处理 k=6×10-8 (cm/s) 加垫层 厚2.5m 加垫层 厚5m 坝高15m 垫层厚 2.5m 垫层及 砂井 厚2.5m 地震 7度 地震 8度 提高堆灰速率 垫层厚2.5m 上游 0.921 0.893 1.117 1.396 1.338 1.235 1.154 1.338 0.954 1.140 1.348 1.262 1.502 1.479 1.291 1.584 初 期 下游 Z3-D Z12-D Z15-D Z18-D Z22-D 0.753 0.653 1.479 1.389 1.651 1.482 1.383 1.628 中 期 Z8 Z7 Z11 Z13 Z17 Z19 Z23 Z25 0.801 0.741 1.543 1.412 1.633 1.491 1.519 1.593 1.422 终 期 Z6 Z5 Z10 Z14 Z16 Z20 Z21 Z24 注 1. 垫层及砂井坝高 15m 等各种情况均相应地基渗透数 k=6×10-8cm/s 情况 2. 地震情况相应初期坝高 15m 垫层厚 2.5m 方案 地基使用 ccu φcu强度指标 3. 提高施工速率相应初期坝高 15m 方案 垫层及砂井方案相应坝高 20m 13. 1. 5 讨论 这是一个饱和软土地基上快速修建土石坝的典型实例 水利水电科学研究院在工程规 划 设计阶段开展了从土工试验 固结计算 边坡稳定分析到加固方案论证的综合性科研工 作 建设单位采用了建议的设 2.5m 厚排水垫层的方案 工程开工后 中国水利水电科学研 究院还承担了现场监测和监理工作 本算例的特点是灰坝坝坡稳定分析采用有效应力法 施工过程中的孔隙水压力通过平面 固结比奥理论的有限元法确定 稳定分析的一个内容是对灰坝填筑的上升速率进行分析和评 价 在 STAB 程序的应用方面 这是采用程序提供的孔压内插网格功能进行稳定分析的实例 13. 2 公伯峡水电站堆石坝 13. 2. 1 基本情况 (1) 项目来源 电力部西北勘测设计院 (2) 完成日期 1994 年 2 月 (3) 设计阶段 选坝阶段 (4) 存档文件 公伯峡水电站堆石坝边坡稳定分析报告 水利水电科学研究院 岩土 (94)7 1994 年 2 月 13. 2. 2 工程概述 公伯峡水电站在可行性研究阶段推荐混凝土面板堆石坝和土质心墙堆石坝两种坝型 为 了解这两种坝型在自重及其它荷载作用下的稳定性 西北勘测设计院委托水利水电科学研究 院 对上述两种坝型在各工况下的稳定性进行计算分析
第13章工程業例467 工程位于黄河上游,正常蓄水位20050m,校核洪水位20080m,死水位2002.0m,极 限死水位19950m,下游正常水位19001m,坝址基本地震烈度为7度,按8度设防。在稳 定分析中取最大断面为典型计算断面。该工程经论证最终采用了混凝土面板坝方案。 13.2.3计算条件 1.计算工况 计算两种坝型上、下游边坡竣工期,正常运用期,库水位骤降期和地震期的稳定性。 2.强度指标 心墙坝和面板坝材料的物理力学指标如表13.3和表134所示。 表13.3面板坝坝料稳定计算参数 强度指标 坝料 (kN/m)(KN/m) (kPa) 垫层料 22.27 23.35 堆石料 21.68 0 砂砾石料 23.45 0 强风化料 21.19 0 3.54 55 表13.4心墙坝坝料稳定计算参数 容重 强度指标 坝料 kNm,i (kN/m) (kPa) 堆石料 21 23.05 10 砂砾石料 23.45 0 强风化料 22.76 0 土料 反滤料 0 基岩 45 13.2.4计算成果与分析 1.计算方法 因坝体及坝基均不存在软弱夹层,故对上、下游边坡,采用圆弧滑裂面,用毕肖普法进 行计算。 2.计算成果 混凝土面板堆石坝上、下游稳定分析成果见表13.5和表13.6。风化料心墙坝上游库水 位骤降,稳定分析成果见表13.7(有关原理已在第7章[例76]作过详细介绍)。相应的临界 滑裂面位置见图132
第 13 章 工程案例 467 工程位于黄河上游 正常蓄水位 2005.0m 校核洪水位 2008.0m 死水位 2002.0m 极 限死水位 1995.0m 下游正常水位 1900.1m 坝址基本地震烈度为 7 度 按 8 度设防 在稳 定分析中取最大断面为典型计算断面 该工程经论证最终采用了混凝土面板坝方案 13. 2. 3 计算条件 1. 计算工况 计算两种坝型上 下游边坡竣工期 正常运用期 库水位骤降期和地震期的稳定性 2. 强度指标 心墙坝和面板坝材料的物理力学指标如表 13.3 和表 13.4 所示 表 13. 3 面板坝坝料稳定计算参数 容重 强度指标 坝 料 γ γsat c φ φ0 ∆φ (kN/m3 ) (kN/m3 ) (kPa) (°) (°) (°) 垫层料 22.27 23.35 0 45 52 10 堆石料 21.68 23.05 0 45 51 10 砂砾石料 22.27 23.45 0 38 49 9.8 强风化料 21.19 22.76 0 37 46 9 基 岩 23.54 23.54 100 55 表 13. 4 心墙坝坝料稳定计算参数 容重 强度指标 坝 料 γ γsat c φ φ0 ∆φ (kN/m3 ) (kN/m3 ) (kPa) (°) (°) (°) 堆石料 21.68 23.05 0 45 51 10 砂砾石料 22.27 23.45 0 38 49 9.8 强风化料 21.19 22.76 0 37 46 9 土 料 18.74 20.01 130 17 25 32.50 反滤料 21.19 22.76 0 37 45 5 基岩 23.54 23.54 50 45 13. 2. 4 计算成果与分析 1. 计算方法 因坝体及坝基均不存在软弱夹层 故对上 下游边坡 采用圆弧滑裂面 用毕肖普法进 行计算 2. 计算成果 混凝土面板堆石坝上 下游稳定分析成果见表 13.5 和表 13.6 风化料心墙坝上游库水 位骤降 稳定分析成果见表 13.7 有关原理已在第 7 章[例 7.6]作过详细介绍 相应的临界 滑裂面位置见图 13.2
468土质边坡德定分析一原理·方法·程序 图13.2公伯峡水电站主要工况计算成果 (a)Bxl. Ida; (b)1.2da; (c)In 2da; (d )2e;(e)2d; (f) 2e
468 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 图 13. 2 公伯峡水电站主要工况计算成果 (a) Gbx1.1da; (b) 1.2da; (c) 1n.2da; (d) 2c; (e) 2d; (f) 2e
第13章工程業例469 13.2.5讨论 从面板坝的坝坡稳定分析角度看,本算例是常规的圆弧稳定分析的一个实例。计算中使 用了非线性强度参数。由于在可行性论证阶段中曾经有一个心墙坝的方案,因此,对此方案 进行了考虑库水位情况下的上游坝坡稳定分析。此方案上游坝壳使用了砂砾石,为半透水材 料,如果砂砾石的细粒含量较多,则需要计算上游水位降落情况下坝体内的浸润线在不同时 间的位置,并进行相应的坝坡稳定分析。由于砂砾石可视为压缩性很小的材料,故可在达西 定律基础上进行不稳定渗透计算,如第7章第74节所述。本算例使用了美国陆军工程师团 土石坝设计手册中推荐的一个简化方法,计算水位降落过程中的坝壳浸润线位置。根据计算 获得的浸润线位置,进行有效应力法计算,但心墙部分则使用了总强度指标。计算孔压和稳 定分析的详细步骤已分别在第6章、第7章中介绍过。 表13.5混凝土面板堆石坝施工、竣工期最小安全系数 参数类型 上游坝坡 下游坝坡 7度地震 无地震 7度地震 安全数据 全数据 全数据 系数文件 系数文件 线性参数1406Gbxl.lda1231 Bxl.Ida1.51412da 非线性参数 1. 684 GbxIn Ida 1.535 Gbxln Ida 1.987 In 2da 1. 746 Inzh ,△) 表13.6混凝土面板堆石坝稳渗期最小安全系数 下游坝坡 参数类型 无地震 8度地震 安全系数 数据文件 全系数 数据文件 线性参数(c,向 1.514 1.2da 1.311 1zh. dat 非线性参数(师,△9) 1683 InzH dat 表13.7风化料心墙坝水位骤降期核算最小安全系数 库水位参数类型 无地震 8度地震 安全系数数据文件 安全系数数据文件 线性 99020非线性 1.649 2cnzh 线性 dnzh 1975.00线性 0.900
第 13 章 工程案例 469 13. 2. 5 讨论 从面板坝的坝坡稳定分析角度看 本算例是常规的圆弧稳定分析的一个实例 计算中使 用了非线性强度参数 由于在可行性论证阶段中曾经有一个心墙坝的方案 因此 对此方案 进行了考虑库水位情况下的上游坝坡稳定分析 此方案上游坝壳使用了砂砾石 为半透水材 料 如果砂砾石的细粒含量较多 则需要计算上游水位降落情况下坝体内的浸润线在不同时 间的位置 并进行相应的坝坡稳定分析 由于砂砾石可视为压缩性很小的材料 故可在达西 定律基础上进行不稳定渗透计算 如第 7 章第 7.4 节所述 本算例使用了美国陆军工程师团 土石坝设计手册中推荐的一个简化方法 计算水位降落过程中的坝壳浸润线位置 根据计算 获得的浸润线位置 进行有效应力法计算 但心墙部分则使用了总强度指标 计算孔压和稳 定分析的详细步骤已分别在第 6 章 第 7 章中介绍过 表 13. 5 混凝土面板堆石坝施工 竣工期最小安全系数 上游坝坡 下游坝坡 参数类型 无地震 7度地震 无地震 7度地震 安全 系数 数据 文件 安全 系数 数据 文件 安全 系数 数据 文件 安全 系数 数据 文件 线性参数 (c φ) 1.406 Gbx1.1da 1.231 Gbx1.1da 1.514 1.2da 1.382 1zh 非线性参数 (φ0 ∆φ0) 1.684 Gbx1n.1da 1.535 Gbx1n.1da 1.987 1n.2da 1.746 1nzh 表 13. 6 混凝土面板堆石坝稳渗期最小安全系数 下游坝坡 参数类型 无地震 8度地震 安全系数 数据文件 安全系数 数据文件 线性参数(c φ) 1.514 1.2da 1.311 1zh.2dat 非线性参数(φ0 ∆φ0) 2.011 1n.2da 1.683 1nzH.2dat 表 13. 7 风化料心墙坝水位骤降期核算最小安全系数 库水位 (m) 参数类型 无地震 8度地震 安全系数 数据文件 安全系数 数据文件 线性 1.367 2c 1.108 2czh 1990.20 非线性 2.205 2cn 1.649 2cnzh 线性 1.386 2d 1.116 2dzh 1981.00 非线性 2.041 2dn 1.605 2dnzh 1975.00 线性 1.407 2e 0.900 2ezh 非线性 1.998 2en 1.590 2enzh
470土质边坡穗定分析一原理 程序 13.3小浪底水利枢纽大坝 13.3.1基本情况 (1)项目来源:黄河水利委员会勘测规划设计院。 (2)完成日期:1999年4月 (3)设计阶段:初步设计、技施设计和大坝安全鉴定。 (4)存档文件: 1)小浪底水利枢纽土石坝边坡稳定分析,黄河水利委员会勘测规划设计院,水利水电 科学研究院,1994年4月 2)小浪底水利枢纽土石坝工程安全检查自检报告,黄河水利委员会勘测规划设计院 1999年9月 13.3.2工程概述 小浪底水利枢纽工程位于洛阳市以北黄河干流最后一个峡谷出口,为一具有防洪、减淤、 灌溉、发电等综合效益的大型水利枢纽。大坝最大坝高167m,覆盖层最深达70m,为斜墙 堆石坝,电站装机156万kW。工程位于7度地震区,按8度设防。大坝典型剖面见第7章 图71 13.3.3计算条件 1.计算工况 计算上、下游坝坡施工期、正常运用期、库水位骤降期和地震期的稳定性。主要计算 2175断面。同时也复核了靠近左岸的坝基夹有软弱夹层的310断面。采用任意形状滑裂面 分别复核沿夹泥层滑动和沿坝体内滑裂面滑动这两种情况。水库运用时的稳定分析考虑了库 区泥沙淤积、不淤积两种情况。施工期,主要计算了大坝填筑完成后,库水位250m和265m, 在坝内不形成浸润线的情况。此两水位主要是考虑当时大坝填筑进度的实际情况。 2.强度指标 土料区的指标由黄河水利委员会小浪底工程质量检测联营体提供(小浪底主坝防渗体挖 坑取样及现场试验成果综合分析报告),1997.7.16和19991.22两次报告成果。共计土样37 个,在此基础上提出的各种材料采用值见表13.8。 13.3.4计算成果 各计算剖面复核成果列于表139~表13.11,典型工况计算简图如图13.3示 13.3.5讨论 小浪底大坝为壤土斜心墙坝,因此,坝坡稳定分析内容覆盖了上、下坝坡施工期,稳定 渗流期和库水位骤降期。由于坝基存在软弱夹层,故还需要进行折线形状滑裂面的稳定分析, 并搜索临界滑裂面
470 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 13. 3 小浪底水利枢纽大坝 13. 3. 1 基本情况 (1) 项目来源 黄河水利委员会勘测规划设计院 (2) 完成日期 1999 年 4 月 (3) 设计阶段 初步设计 技施设计和大坝安全鉴定 (4) 存档文件 1) 小浪底水利枢纽土石坝边坡稳定分析 黄河水利委员会勘测规划设计院 水利水电 科学研究院 1994 年 4 月 2) 小浪底水利枢纽土石坝工程安全检查自检报告 黄河水利委员会勘测规划设计院 1999 年 9 月 13. 3. 2 工程概述 小浪底水利枢纽工程位于洛阳市以北黄河干流最后一个峡谷出口 为一具有防洪 减淤 灌溉 发电等综合效益的大型水利枢纽 大坝最大坝高 167m 覆盖层最深达 70m 为斜墙 堆石坝 电站装机 156 万 kW 工程位于 7 度地震区 按 8 度设防 大坝典型剖面见第 7 章 图 7.1 13. 3. 3 计算条件 1. 计算工况 计算上 下游坝坡施工期 正常运用期 库水位骤降期和地震期的稳定性 主要计算 217.5 断面 同时也复核了靠近左岸的坝基夹有软弱夹层的 310 断面 采用任意形状滑裂面 分别复核沿夹泥层滑动和沿坝体内滑裂面滑动这两种情况 水库运用时的稳定分析考虑了库 区泥沙淤积 不淤积两种情况 施工期 主要计算了大坝填筑完成后 库水位 250m 和 265m 在坝内不形成浸润线的情况 此两水位主要是考虑当时大坝填筑进度的实际情况 2. 强度指标 土料区的指标由黄河水利委员会小浪底工程质量检测联营体提供 小浪底主坝防渗体挖 坑取样及现场试验成果综合分析报告 1997.7.16 和 1999.1.22 两次报告成果 共计土样 37 个 在此基础上提出的各种材料采用值见表 13.8 13. 3. 4 计算成果 各计算剖面复核成果列于表 13.9∼表 13.11 典型工况计算简图如图 13.3 示 13. 3. 5 讨论 小浪底大坝为壤土斜心墙坝 因此 坝坡稳定分析内容覆盖了上 下坝坡施工期 稳定 渗流期和库水位骤降期 由于坝基存在软弱夹层 故还需要进行折线形状滑裂面的稳定分析 并搜索临界滑裂面
第13章工程業例471 表13.8筑坝材料及坝基材料抗剪强度采用值 筑坝材料 容重(kNm3) 抗剪强度 湿容重饱和容重摩擦角φ(°)粘聚力c(kPa) CD有效强度 总强度 UU总强度 A,2B,2C,3A,4A,4B区 河床砂卵石 0 淤积物 17.6 76 0 砂岩 35 0 夹泥层 注表中河床砂卵石静强度指标φ3°,动强度指标φ=27 表13.9小浪底大坝2175剖面复核成果(沿坝体内堆石滑动) 计算工况 数据文件 地震烈度安全系数淤积情况 1.900 无淤积 8 1469 不利水位230m 无淤积 水位 dI l 无淤积滑裂面 d 12 7 1688 靠近下部 13 65m水位 d13 1.873 工 水位 无淤积滑裂面 7 靠近下部 65m水位 dx13 水位骤降275m→250m 1.850 无淤积 1.687
第 13 章 工程案例 471 表 13. 8 筑坝材料及坝基材料抗剪强度采用值 容重(kN/m3 ) 抗剪强度 筑坝材料 湿容重 饱和容重 摩擦角φ(°) 粘聚力c(kPa) CD有效强度 19.4 20 CU总强度 19.6 20.3 14 25 1区 1B区 UU总强度 7.4 73 2A 2B 2C 3A 4A 4B区 21.1 23 40 0 5区 20.8 21.7 28 30 河床砂卵石 22.2 22.2 33* 0 淤积物 17.6 17.6 0 0 砂岩 26 26 35 0 夹泥层 20.1 20.7 14.04 5 注 表中河床砂卵石静强度指标φ 33° 动强度指标φ 27° 表 13. 9 小浪底大坝 217.5 剖面复核成果 沿坝体内堆石滑动 计算工况 数据文件 地震烈度 安全系数 淤积情况 6 0 1.900 d6 8 1.469 无淤积 7 0 2.070 不利水位230m d7 8 1.514 无淤积 11 0 1.707 230m水位 d11 7 1.488 12 0 1.963 250m水位 d12 7 1.688 13 0 2.190 265m水位 d13 7 1.873 无淤积滑裂面 靠近下部 x11 0 1.781 230m水位 dx11 7 1.559 x12 0 1.880 250m水位 dx12 7 1.571 x13 0 2.102 施 工 期 265m水位 dx13 7 1.750 无淤积滑裂面 靠近下部 8 0 1.850 水位骤降275m→250m 9 0 1.687 无淤积
472土质边坡德定分析一原理·方法·程序 表13.10小浪底大坝D0+21750断面上游坡稳定计算成果表(沿夹泥层滑动) 计算工况 数据文件地震 设计要求复核计算 安全系数安全系数 淤积情况 无 不利水位230m 230m水位y B5332 1.30l 淤积高程200m 施 工250m水位 0808070707 1436 265m水位X 1569 dv10 2322 1.277 水位骤降 1.384 注水位骤降为275m→250m,滑裂面位置见图13.3 表13.11小浪底大坝D0+310断面上游坡稳定计算成果表(沿夹泥层滑动) 计算工况 数据文件 地震烈度 全系数 下游不压坡 下游压坡 30b 1.638 1896(m) 04896(m) V70.0 V35.0 35.0 图13.3小浪底大坝主要工况稳定计算成果 (a)ll; (b)1; (c)xll; (d)y4;(e)x13; (f)dy 10;(g)8: (h)dd3
472 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 表 13. 10 小浪底大坝 D0+217.50 断面上游坡稳定计算成果表 沿夹泥层滑动 计算工况 数据文件 地震 烈度 设计要求 安全系数 复核计算 安全系数 淤积情况 2 0 1.5 1.486 d2 8 1.3 1.026 无 1 0 1.5 2.103 不利水位230.0m d1 8 1.3 1.301 淤积高程200m y4 0 1.3 1.424 230m水位 dy4 7 1.2 1.216 y5 0 1.3 1.436 250m水位 dy5 7 1.2 1.186 y10 0 1.3 1.569 施 工 期 265m水位 dy10 7 1.2 1.277 无 水位骤降 dd3 0 1.2 1.384 无 注 水位骤降为 275m→250m 滑裂面位置见图 13.3 表 13. 11 小浪底大坝 D0+310 断面上游坡稳定计算成果表 沿夹泥层滑动 计算工况 数据文件 地震烈度 安全系数 下游不压坡 310 0 1.236 下游压坡 310b 0 1.638 图 13. 3 小浪底大坝主要工况稳定计算成果 (a) 11; (b) 1; (c) x11; (d) y4; (e) x13; (f) dy10; (g) 8; (h) dd3
