壩體滲流與穩(wěn)定計(jì)算

1、壩體滲流與穩(wěn)定計(jì)算依據(jù)：碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL274-2001 8.3節(jié)豐鎮(zhèn)例： 4.1加高3m（格東壩、南壩，格南壩）壩坡穩(wěn)定安全計(jì)算分析4.1.1 計(jì)算工況根據(jù)火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL500094）、碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL274-2001），結(jié)合灰壩的具體情況，灰壩的穩(wěn)定分析中應(yīng)核算以下工況的壩坡穩(wěn)定性：灰水位1209.00m，下游水位1200.00m，計(jì)算下游壩坡穩(wěn)定。4.1.2 計(jì)算方法與計(jì)算參數(shù)指標(biāo)的選?。?）計(jì)算方法按照碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL274-2001），土壩采用依據(jù)剛體極限平衡原理的圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行穩(wěn)定分析。計(jì)算同時(shí)采用了不計(jì)條塊間作用力的瑞典圓弧法和計(jì)及條塊間作

2、用力的簡(jiǎn)化畢肖普法。穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定采用有效應(yīng)力法計(jì)算，水庫水位降落期的上游壩坡穩(wěn)定采用總應(yīng)力法計(jì)算。土體抗剪強(qiáng)度可用有效應(yīng)力法按下式確定：式中： 土的有效應(yīng)力；、土的有效內(nèi)摩擦角和粘聚力。在庫水位降落期，土體的抗剪強(qiáng)度用總應(yīng)力法按下式確定：式中： 、用不排水剪的內(nèi)摩擦角和粘聚力。（2）計(jì)算參數(shù)上游灰水位1209.00m，對(duì)應(yīng)下游水位1200.00m；計(jì)算采用的相關(guān)材料物理力學(xué)指標(biāo)見表4-1表4-1 計(jì)算采用的物理力學(xué)指標(biāo)項(xiàng) 目干容重（kN/m3）濕容重（kN/m3）飽和容重（kN/m3）粘結(jié)力（kN/m2）內(nèi)摩擦角(°)壩體土17.317.521.02021庫區(qū)灰 24.0

3、030固結(jié)灰15.720.050354.1.3 浸潤(rùn)線計(jì)算采用均質(zhì)壩浸潤(rùn)線計(jì)算原理進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得浸潤(rùn)線方程為：4.1.4 計(jì)算方案和計(jì)算結(jié)果根據(jù)壩體各部分填土性質(zhì)，進(jìn)行各土層劃分（見圖4-1），計(jì)算中對(duì)可能的弧頂、弧腳位置進(jìn)行了組合，各種組合方案見表4-2，計(jì)算工況下各方案的計(jì)算結(jié)果見表4-2，通過計(jì)算得到最危險(xiǎn)的劃?。ㄒ妶D4-2）。相對(duì)而言較為危險(xiǎn)的劃弧的具體計(jì)算結(jié)果見附錄14。表4-2 下游壩坡計(jì)算方案組合表上游計(jì)算方案12345678910弧腳范圍1-41-41-41-41-41-41-45-65-65-6弧頂范圍15-1614-1513-1412-138-96-74-515-161

4、4-1513-14計(jì)算方案11121314151617181920弧腳范圍5-65-65-67-87-87-87-811-1211-1211-12弧頂范圍12-138-96-715-1614-1513-1412-1315-1614-1513-14表4-3 下游壩坡各方案計(jì)算結(jié)果方案弧腳弧頂滑弧半徑抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)瑞典法畢肖普法11-415-1647.0811.5961.61021-414-1547.0801.5971.61131-413-1438.6761.6231.63741-413-1440.4631.6181.63451-412-1353.5571.6611.67261-48-943.5

5、511.6461.66471-46-77.1651.6721.66585-615-1619.8651.7461.84395-614-1522.6331.7431.868105-613-1431.2591.7391.832115-612-1319.7411.7401.840125-68-913.281.7561.840135-66-79.9371.7561.840147-815-1614.5872.0022.168157-814-1514.5872.0022.168167-813-1414.5872.0022.168177-812-1314.5872.0022.1681811-1215-165.

6、8491.9961.9761911-1214-155.8491.9961.9762011-1213-145.8491.9961.97616圖4-1下游坡穩(wěn)定計(jì)算土層劃分圖圖4-2下游坡最危險(xiǎn)滑弧圖4.1.5 計(jì)算成果分析按照火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL500094），級(jí)土石壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)值下游坡為1.15（基本情況）和1.0（特殊情況）。計(jì)算結(jié)果表明，灰壩斷面在水位為1209.00m時(shí)，下游坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。4.2格北壩加高2.5m壩坡穩(wěn)定安全計(jì)算分析4.2.1 計(jì)算工況根據(jù)火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL500094）、碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL274-2001），結(jié)

7、合灰壩的具體情況，灰壩的穩(wěn)定分析中應(yīng)核算以下工況的壩坡穩(wěn)定性：灰水位1209.50m，下游水位1200.00m，計(jì)算下游壩坡穩(wěn)定。4.2.2 計(jì)算方法與計(jì)算參數(shù)指標(biāo)的選取按照碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL274-2001）及修改和補(bǔ)充規(guī)定，土壩采用依據(jù)剛體極限平衡原理的圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行穩(wěn)定分析。計(jì)算同時(shí)采用了不計(jì)條塊間作用力的瑞典圓弧法和計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法。具體計(jì)算原理同上。上游灰水位1209.50m，對(duì)應(yīng)下游水位1200.00m；計(jì)算采用的相關(guān)材料物理力學(xué)指標(biāo)見表1表4-4 計(jì)算采用的物理力學(xué)指標(biāo)項(xiàng) 目干容重（kN/m3）濕容重（kN/m3）飽和容重（kN/m3）粘結(jié)力（kN/m2）內(nèi)

8、摩擦角(°)壩體土17.317.521.02021庫區(qū)灰 24.0030固結(jié)灰15.720.050354.2.3 浸潤(rùn)線計(jì)算采用均質(zhì)壩浸潤(rùn)線計(jì)算原理進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得浸潤(rùn)線方程為：4.2.4 計(jì)算方案和計(jì)算結(jié)果根據(jù)壩體各部分填土性質(zhì)，進(jìn)行各土層劃分（見圖4-3），計(jì)算中對(duì)可能的弧頂、弧腳位置進(jìn)行了組合，各種組合方案見表4-5，計(jì)算工況下各方案的計(jì)算結(jié)果見表4-6，通過計(jì)算得到最危險(xiǎn)的劃?。ㄒ妶D4-4）。相對(duì)而言較為危險(xiǎn)的劃弧的具體計(jì)算結(jié)果見附錄。表4-5 下游壩坡計(jì)算方案組合表計(jì)算方案12345678910弧腳范圍0-10-10-10-10-11-101-101-101-101-10

9、弧頂范圍21-1420-2119-2018-1915-1621-1420-2119-2018-1916-17計(jì)算方案111213141516171819弧腳范圍1-1010-1510-1510-1510-1510-1518-1918-1918-19弧頂范圍15-1621-1420-2119-2018-1915-1621-1420-2119-20表4-6 下游壩坡各方案計(jì)算結(jié)果方案弧腳弧頂滑弧半徑抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)瑞典法畢肖普法10-121-14128.1041.8721.84320-120-21128.1091.9071.89430-119-20128.1041.8521.85740-118-1

10、9116.401.7521.73950-115-16123.0021.8451.71561-1021-1433.5311.3471.37871-1020-2135.3061.3511.37781-1019-2021.8181.3381.37791-1018-1930.2571.3491.376101-1016-1718.5041.3071.386111-1015-1629.7181.4261.4041210-1521-1416.5541.5271.6261310-1520-2110.0521.4201.5711410-1519-2029.8641.4441.5721510-1518-1917.

11、8741.5201.6811610-1515-1617.8791.5911.7881718-1921-145.1862.9232.9721818-1920-215.1862.9232.9721918-1919-200.7002.9232.972圖43下游坡穩(wěn)定計(jì)算土層劃分圖圖44下游坡最危險(xiǎn)滑弧圖4.2.5 計(jì)算成果分析按照火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL500094），級(jí)土石壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)值下游坡為1.15（基本情況）和1.0（特殊情況）。計(jì)算結(jié)果表明，灰壩斷面在水位為1209.50m時(shí)，下游坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。五、泄水建筑物原灰場(chǎng)利用排水井排除灰水。隨著灰水面的升高，

12、原排水井的高程不滿足要求，需要加高。同時(shí)，由于在灰?guī)靸?nèi)加高，排水井位置需向灰?guī)靸?nèi)移動(dòng)50m。本次加高灰壩，仍然采用排水井，其結(jié)構(gòu)形式與原來一致。同時(shí)，利用管道將本次新建的排水井與原排水井相連，并對(duì)原排水井沖洗，保證排水通暢。六、壩基承載能力校核與壩基沉降變形的計(jì)算6.1 壩基承載能力的校核壩基粉煤灰的抗剪強(qiáng)度參數(shù)為：30°，C10KPa。根據(jù)規(guī)范及有關(guān)公式可估算壩基的承載力。1.利用太沙基公式計(jì)算對(duì)于本工程，D0，因30°，查表得NC=30，NB18，則：Pv10×30+18×3×12.90648.3kPa648.3Pa是極限承載力，如取安全系

13、數(shù)為3，則容許承載力為216.1kPa。壩基的實(shí)際最大壓應(yīng)力為46.41kPa，因此，壩基是足夠安全的。2.按規(guī)范推薦的公式計(jì)算根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ7-89”推薦的公式：fVMb·r·b+MdR0d+Mc·CK對(duì)于本工程，d=0，因30°，查表得Mb1.9，M07.95，則fV1.9×14.6×3+7.95×10162.7KPa162.7KPa為規(guī)范根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度確定的地基承載力設(shè)計(jì)值。本壩基最大的壓應(yīng)力P46.41kPa，遠(yuǎn)小于壩基承載力的設(shè)計(jì)值，因此是安全的。6.2 壩基沉陷變形的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)剖面，

14、取計(jì)算剖面簡(jiǎn)圖如圖6-1。圖6-1 沉降計(jì)算簡(jiǎn)圖6.2.1 施工期沉降計(jì)算（1）壩軸線M點(diǎn)下垂直剖面先計(jì)算基底壓力：。該剖面壩基粉煤灰厚度有6.5m，不同深度的附加應(yīng)力見表6-1。表6-1 M點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力條形荷載（x/b0.5）三角形荷載（x/b1.25）Zx12x2（KPa）Z（m）Z/bKZx1 (Kpa)Z（m）Z/bKZTx2（Kpa）1.50.50.81938.011.50.250.0723.3444.69310.54925.4830.50.1577.2940.066.52.20.26812.446.51.10.1808.3529.14（2）A點(diǎn)下垂直剖面該剖面粉煤灰層厚6.

15、5米，其不同深度的附加應(yīng)力見表6-2。表6-2 A點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力條形荷載（x/b0）三角形荷載（x/b1）Zx1x2（KPa）Z（m）Z/bKZx1 (Kpa)Z（m）Z/bKZTx2（Kpa）1.50.50.47922.231.50.250.42319.6441.87310.40918.9830.50.35416.4335.416.52.20.25111.656.51.10.23610.9522.6（3）B點(diǎn)垂直剖面該剖面粉煤灰層厚6.5米，其不同深度的附加應(yīng)力見表6-3。表6-3 B點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力條形荷載（x/b1）三角形荷載（x/b1）Zx1x2（KPa）Z（m）Z/bKZx

16、1 (Kpa)Z（m）Z/bKZTx2（Kpa）1.50.50.47922.231.50.250.42319.6441.87310.40918.9830.50.35416.4335.416.52.20.25111.656.51.10.23610.9522.6（4）C點(diǎn)垂直剖面該剖面粉煤灰層厚6.5米，其不同深度的附加應(yīng)力見表6-4。表6-4 C點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)1.50.250.25711.9330.50.26112.116.51.10.2149.93（5）D點(diǎn)下垂直剖面該剖面粉煤灰層厚6.5米，其附加應(yīng)力見表6-5。表6-5 D點(diǎn)下剖面地基附加應(yīng)力深度Z

17、（m）Z/bKZTZ(Kpa)1.50.250.0492.2730.50.0763.536.51.10.1567.242、沉降變形的計(jì)算采用平均附加壓力法，沉陷量用下式計(jì)算：ms1，據(jù)國(guó)內(nèi)幾個(gè)灰?guī)旆勖夯业脑囼?yàn)資料，取ES=6.7812.132。（1）M點(diǎn)的下沉陷量M點(diǎn)下壩基粉煤灰層厚6.5米，其沉陷量計(jì)算結(jié)果見表6-6。表6-6 M點(diǎn)壩基沉陷的計(jì)算深度Z（m）附加應(yīng)力z（KPa）附加應(yīng)力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.544.6945.551.010.56340.0642.380.940.526.529.1434.601.791.003

18、.742.08（2）A點(diǎn)下沉陷量A點(diǎn)下壩基粉煤灰層厚6.5米，其沉陷量計(jì)算結(jié)果見表6-7。表6-7 A點(diǎn)地基沉陷量的計(jì)算深度Z（m）附加應(yīng)力z（KPa）附加應(yīng)力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.541.8744.140.980.55335.4138.640.850.486.522.6029.011.500.843.331.87（3）B點(diǎn)壩基沉陷量B點(diǎn)下壩基粉煤灰層厚6.5米，其沉陷量計(jì)算結(jié)果見表6-8。表6-8 B點(diǎn)壩基沉陷的計(jì)算深度Z（m）附加應(yīng)力z（KPa）附加應(yīng)力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12

19、.132 Mpa1.541.8744.140.980.55335.4138.640.850.486.522.6029.011.500.843.331.87（4）C點(diǎn)壩基沉陷量C點(diǎn)下壩基粉煤灰層厚6.5米，其沉陷量計(jì)算結(jié)果見表6-9。表6-9 C點(diǎn)壩基沉陷的計(jì)算深度Z（m）附加應(yīng)力z（KPa）附加應(yīng)力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.511.9315.800.350.20312.1112.020.270.156.59.9311.020.570.321.190.67（5）D點(diǎn)壩基沉陷量D點(diǎn)下壩基粉煤灰層厚6.5米，其沉陷量計(jì)算結(jié)果見表6-10

20、。表6-10 D點(diǎn)壩基沉陷的計(jì)算深度Z（m）附加應(yīng)力z（KPa）附加應(yīng)力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.52.271.140.030.0133.532.900.060.046.57.245.390.280.160.370.21綜上計(jì)算可知，上游壩腳地基沉陷是很小的，約0.20.4cm。子壩中間條形荷載地基沉陷基本是均勻的。整個(gè)地基最大沉陷差約3cm，因此不存在明顯的部均勻沉陷問題，子壩整體是安全的。6.3 灰壩運(yùn)行后期沉降量計(jì)算當(dāng)灰場(chǎng)運(yùn)行到限制堆灰高程（1209.00m高程）后，上述D、A、B的沉降值不能太大，為此進(jìn)行了校核。先計(jì)算基底

21、壓力，1、附加應(yīng)力的計(jì)算（1）堆灰引起的D點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力該剖面粉煤灰層厚6.5米，x/b=1.0。其附加應(yīng)力見表6-11。表6-11 堆灰引起的D點(diǎn)下剖面地基附加應(yīng)力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)40.80.28510.935.51.10.2369.0591.80.1646.29（2）堆灰引起的A點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力該剖面粉煤灰層厚6.5米，x/b= -0.2。其附加應(yīng)力見表6-12。表6-12 堆灰引起的A點(diǎn)下剖面地基附加應(yīng)力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)40.8005.51.10.1184.5391.80.1234.72（3）堆灰引起的B點(diǎn)下壩基內(nèi)的附加應(yīng)力該剖面粉煤灰層厚6.5米，x/b= -0.8。其附加應(yīng)力見表6-13。表6-13 堆灰引起的B點(diǎn)下剖面地基附加應(yīng)力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)40.8005.51.10.0170.6591.80.0582.222、堆灰后沉降變形的計(jì)算（1）堆灰后D點(diǎn)沉降變形計(jì)算結(jié)果見表6-14。表6-14 堆灰后D點(diǎn)壩基沉陷的計(jì)算深度Z（m）附加應(yīng)力z（KPa）附加應(yīng)力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）堆灰前、后總沉陷量Si（cm）ES=6.78MpaES=12.132MpaES=6