瀝青混凝土心墻土石壩在洞塘水庫中的應(yīng)用

瀝青混凝土心墻土石壩在洞塘水庫中的應(yīng)用

1設(shè)計灌溉型洞塘水庫位于重慶乾江區(qū)阿隆江支流的上游，距乾江市7公里，控制雨面積27.6公里。水庫總面積為1210104m3104m3。它是一個以農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水為重點的中型節(jié)水工程。它與防洪和旅游等綜合用途相輔相成。設(shè)計建筑面積為5.19104.14億株。經(jīng)多種壩型比較和研究,采用碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩,最大壩高48.0m。該工程于1996年8月由四川省水利廳審查立項,1997年7月開工,2000年7月完工,2003年12月竣工,是西南地區(qū)建成的第一座碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩。洞塘水庫建成后,在黔江農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水、城市防洪等方面效益顯著,促進了黔江經(jīng)濟的發(fā)展。2上、微觀巖相特征壩址河谷開闊,呈“U”型,谷底寬43.0m～57.0m。河床左、右側(cè)分布堆積階地,寬15.0m～45.0m,高出河床1.8m～2.2m。兩岸谷坡較對稱,沖溝發(fā)育,切割較深,將岸坡分割成單薄山脊或山嘴。河床覆蓋層厚15.4m～17.1m,上部為厚2.0m的粉質(zhì)粘土,下部由厚13.4m～15.1m的卵礫石夾砂及分布不連續(xù)的粉質(zhì)粘土薄層透鏡體構(gòu)成。卵礫石夾砂層以卵石、礫石為主,結(jié)構(gòu)密實,屬中等壓縮性土,滲透系數(shù)5.86～9.05m/d,屬弱——中等透水層。壩基巖體以頁巖為主,夾薄-中厚層石英砂巖。石英砂巖質(zhì)地堅硬,抗風(fēng)化能力強,屬堅硬巖石,但裂隙發(fā)育,完整性差。頁巖呈薄層狀結(jié)構(gòu),巖質(zhì)軟弱、抗風(fēng)化能力差,屬軟巖石。壩基上部巖體透水率為5Lu～94Lu,屬中等-強透水層,23.0m～25.0m以下巖體透水率小于5Lu,屬弱透水層。兩岸地形較陡,岸坡較高,風(fēng)化、卸荷強烈,強卸荷帶和左岸的卸荷蠕變體厚35.0m～40.0m,巖層平緩,但強風(fēng)化帶和卸荷帶巖體穩(wěn)定性差、透水性強,透水率為5Lu～556Lu,屬中等-強透水層。3壩體防滲土料場壩址附近壩殼石渣料料源豐富,有磕頭堡和馬家梁子料場,距壩址0.5km,除表層1.0m～2.0m厚坡殘積物外,有用層儲量193.9104m3×104m3。巖體以頁巖為主,夾薄層石英砂巖,該石渣料具有抗剪強度高、壓縮變形低、滲透性強(滲透系數(shù)約0.2410-2m/d～1.90×102m/d)的特點,滿足壩殼料的質(zhì)量要求。施工時對石渣料場進行了優(yōu)化,將右壩肩667.00m高程以上作為壩殼石渣料主料場。防滲土料分布于壩址上游兩岸,共有12個產(chǎn)地,距壩址0.5km～2.0km,土料為黃褐色粘土夾礫石或粘土,粘粒含量41.7%～44.5%,滲透透系數(shù)1.4910-2m/d～5.79×10-2m/d,滿足壩體防滲的質(zhì)量要求,但儲量較小,僅1.4104m3×104m3,不能滿足壩體防滲料的用量。壩址附近河流沖積層為卵礫石夾砂,以頁巖為主,巖質(zhì)軟弱,不能作為過渡料。而砂巖夾在頁巖中,施工開采困難,不能作為堆石料。經(jīng)比較,過渡料及堆石料主料場選在距壩址約10.5km的燕子釬,該料場為三疊系灰?guī)r,基巖裸露,巖石堅硬致密,滿足堆石料及反濾過渡料的質(zhì)量要求。4壩型防滲材料選擇可行性研究對混凝土重力壩和當(dāng)?shù)夭牧蠅芜M行了研究,采用當(dāng)?shù)夭牧蠅螢榇韷涡?。初步設(shè)計根據(jù)壩址附近頁巖石渣料豐富、天然防滲料(粘土)缺乏、堆石料運距遠(yuǎn)的特點,結(jié)合筑壩材料和瀝青材料試驗研究,在壩型比較中對壩殼料不再進行研究,而重點研究當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚姆罎B材料和防滲位置,因此壩型的比較,實際上就是防滲材料和防滲部位的比較。壩址處可布置瀝青混凝土心墻、土工膜心墻土石壩和瀝青混凝土面板、土工膜面板、混凝土面板土石壩等五種當(dāng)?shù)夭牧蠅?。五種壩型都采用軟基建壩,覆蓋層防滲采用混凝土防滲墻,基巖防滲采用帷幕灌漿,壩殼料采用就近開采的頁巖石渣料;壩體斷面設(shè)計也大致相同,只是面板壩的石渣料處于干區(qū),上游壩坡比心墻壩略陡些。面板石渣壩建在覆蓋層上,基礎(chǔ)沉陷和壩體變形對面板的影響難以定性確定,而防滲系統(tǒng)能否正常工作,直接決定著面板壩的成敗,在深厚覆蓋層上選擇面板石渣壩目前尚無把握,不宜作為推薦壩型。土工膜作為大壩防滲材料,在我國起步較晚,在理論研究、計算方法、參數(shù)選擇、材料生產(chǎn)、試驗手段、施工方法等方面還不成熟,其防滲可靠性和安全性尚無絕對把握,目前也不宜推薦。瀝青混凝土具有防滲性能高、變形性能好、抗震能力強等優(yōu)點,瀝青混凝土心墻土石壩能很好地解決軟基建壩、壩體防滲和筑壩材料問題,這種壩型在國內(nèi)外已有不少成功的的經(jīng)驗,因此采用瀝青混凝土心墻土石壩。5水庫設(shè)計5.1壩體覆蓋蓋層設(shè)計瀝青混凝土心墻土石壩布置在炭廠溝至唐家溝順直河段,軸線距炭廠溝口約110.0m,最大壩高48.0m,壩頂寬7.0m。上游壩坡1?2.25、1?2.50、1?2.75,在628.50m高程處設(shè)有寬22.75m、高7.50m、外邊坡1?2.75的石渣平臺;下游壩坡1?2.00、1?2.25、1?2.50,在647.00m高程處設(shè)有寬2.0m的馬道,在627.00m高程處設(shè)有寬10.0m、高6.0m、外邊坡1?2.50的石渣平臺。為了安全排出心墻滲水,防止瀝青混凝土顆粒流失,協(xié)調(diào)瀝青混凝土心墻和壩殼石渣料的應(yīng)力和變形(因瀝青混凝土和石渣料的變形模量相差較大),在瀝青混凝土心墻和壩殼石渣料之間設(shè)有寬2.0m的過渡層,以起到心墻與壩殼之間的變形過渡作用,并為瀝青混凝土心墻在后期出現(xiàn)滲漏需要進行灌漿處理時,心墻上游還提供一個級配良好的灌漿區(qū)。為降低下游壩體浸潤線并排水通暢,在壩殼石渣料和基礎(chǔ)覆蓋層之間,沿621.00m高程鋪設(shè)一層厚1.5m的過渡帶與下游貼坡排水相接。壩基覆蓋層由卵礫石夾砂及薄層粘土透鏡體組成,經(jīng)穩(wěn)定分析計算,只須清除表層土,將大壩置于黃色砂礫石層上,即能滿足大壩抗滑穩(wěn)定及變形要求。瀝青混凝土心墻土石壩設(shè)計剖面見圖1。5.2凝土心墻基礎(chǔ)施工大壩防滲系統(tǒng)由瀝青混凝土心墻、基礎(chǔ)水泥混凝土防滲墻與基巖灌漿帷幕組成。河床覆蓋層防滲采用開挖基坑澆筑混凝土防滲墻,結(jié)合瀝青混凝土心墻基座布置,防滲墻厚2.0m,最大深度17.0m,混凝土強度等級為C15,抗?jié)B標(biāo)號W6。兩岸基巖及混凝土防滲墻以下基巖防滲采用帷幕灌漿。防滲軸線位于瀝青混凝土心墻軸線下游0.45m處,布置兩排帷幕孔,孔距2.0m,排距0.9m,深入基巖相對不透水層以下1.5m,兩岸延伸至與正常蓄水位665.00m相接,帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為檢查孔壓水試驗透水率不大于5Lu。5.3水庫材料設(shè)計5.3.1壩上地區(qū)馬家梁子料市場大壩填筑石渣料主要采用右壩肩667.00m高程以上料場開采料及壩肩和溢洪道開挖料,不足部分再從緊靠溢洪道右側(cè)的馬家梁子料場開采。上游壩殼料位于水下,采用新鮮、弱風(fēng)化頁巖石渣料;下游壩殼料位于干燥區(qū),強、弱風(fēng)化頁巖石渣料均可上壩;河床混凝土防滲墻兩側(cè)填筑料,采用強、弱風(fēng)化頁巖石渣料,主要設(shè)計控制參數(shù)見表1。5.3.2設(shè)置人工材料級配方案過渡料位于瀝青混凝土心墻上、下游側(cè),要求質(zhì)地堅硬,具有較高的抗水性和抗壓強度(大于50Mpa),軟化系數(shù)大于0.85,經(jīng)試驗論證,采用燕子釬灰?guī)r人工料。為確保過渡層為瀝青混凝土心墻兩側(cè)提供均勻的支撐,要求過渡料級配良好,最大粒徑為瀝青混凝土骨料最大粒徑的6～8倍。為使下游過渡層排水通暢,其最大粒徑不小于25mm,小于5mm粒徑含量應(yīng)控制在35%左右,主要設(shè)計控制參數(shù)見表1。6為瀝青土心墻設(shè)計6.1適宜施工、機械施工的心墻瀝青混凝土心墻根據(jù)施工方法的不同,有碾壓式和澆筑式兩種型式。碾壓式瀝青混凝土心墻的瀝青含量較少,一般為瀝青礦料總量的6.0%～7.5%,施工時須分層(一般為20cm厚)攤鋪、振動壓實,適宜于高壩及機械化施工,經(jīng)驗成熟,施工速度快,這種心墻是目前國際上流行的基本類型。澆筑式瀝青混凝土心墻的瀝青含量教多,一般為礦料總量的10.0%～16.0%,施工時須分層立模,澆筑厚度較大,稍加插搗即可,墻體依靠自重流變密實,無須振動壓實,所用瀝青的要求也可降低,一般適宜于低壩及在寒冷地區(qū)人工施工條件下,我國北方寒冷地區(qū)修建有多座這類心墻壩。洞塘水庫壩址多年平均氣溫15.4℃,最大壩高45.0m,瀝青混凝土填筑約0.25×104m3,瀝青運距較遠(yuǎn)(約2000Km),因此采用瀝青含量少、適宜于機械化施工的碾壓式瀝青混凝土心墻。6.2斜心墻與垂直心墻的適應(yīng)性瀝青混凝土心墻是一個薄璧柔性結(jié)構(gòu),本身的變形由壩殼決定,對壩體的變形影響較小,但對心墻兩側(cè)壩體應(yīng)力分布有較大的影響。瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)有垂直心墻、斜心墻及垂直心墻上接斜心墻等三種結(jié)構(gòu)型式。垂直心墻具有最小的防滲面積,所需的瀝青混凝土用量較少,在壩基與壩殼沉陷較大的情況下,垂直心墻有較好的適應(yīng)性。但瀝青混凝土本身不宜承受較大的垂直荷載,一般適宜于中低壩。斜心墻下游可以較陡,以節(jié)省瀝青混凝土用量,但斜心墻比垂直心墻的斷面會增大,瀝青混凝土用量較大。而斜心墻對于岸坡較緩、透水性強、壩基覆蓋層較深的情況,與周邊防滲結(jié)構(gòu)的連接相對較困難,與垂直心墻相比會出現(xiàn)更大的剪切應(yīng)變。同時,斜心墻在施工控制方面,需要進行錯層處理,比垂直心墻要復(fù)雜一些。垂直心墻上接斜心墻是瀝青混凝土垂直心墻與斜心墻組合結(jié)構(gòu)的一種最簡單的組合形式,它綜合了二者的優(yōu)點,也克服了二者本身的缺陷。就瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)本身而言,三種心墻結(jié)構(gòu)型式都能滿足壩體防滲要求。垂直布置的瀝青混凝土心墻土石壩,在國內(nèi)外已有許多成功的經(jīng)驗,可以保證工程安全運行。結(jié)合壩址岸坡較緩、透水性強、壩基覆蓋層較深的特點,選擇防滲面積小、適應(yīng)壩基與壩殼變形能力強的垂直瀝青混凝土心墻。6.3心墻厚度設(shè)計瀝青混凝土心墻在土石壩中的首要任務(wù)是壩體防滲,但也要保證在壩殼填料的擠壓作用下不會造成心墻瀝青混凝土的破壞和在壩殼填料的支撐下不至產(chǎn)生大的應(yīng)力集中和變形。瀝青混凝土心墻的厚度應(yīng)該在一個適宜的范圍,不宜太厚,否則將會影響心墻的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),使瀝青混凝土產(chǎn)生裂縫破壞;也不宜太薄,否則將會影響心墻自身的穩(wěn)定,導(dǎo)致瀝青混凝土在壩殼填料的擠壓作用下產(chǎn)生破壞。瀝青混凝土心墻厚度目前尚無成規(guī)可循,一般根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變條件和參照已成工程經(jīng)驗確定。許多工程采用底部較厚、頂部較薄的布置形式。心墻頂部最小厚度按構(gòu)造和施工需要,以不小于50cm為宜;心墻底部最小厚度,對于100m以內(nèi)的壩,可按1/100壩高估計。洞塘水庫壩高48.0m,按上述經(jīng)驗,心墻頂部厚度取50cm,底部厚度也取50cm,心墻按等厚布置。為保證瀝青混凝土心墻底部與水泥混凝土基礎(chǔ)的有效連接,適應(yīng)心墻變形,在瀝青混凝土心墻底部設(shè)置漸變擴大段,以擴大心墻瀝青混凝土同基礎(chǔ)水泥混凝土的接觸面。河床段瀝青心墻置于混凝土防滲墻上,在距防滲墻頂部1.05m處心墻開始向下呈梯形由厚0.5m漸變至厚1.0m。岸坡段瀝青心墻置于混凝土基座上,在距混凝土基座1.0m處心墻厚度由0.5m按1:0.25向基座漸變至1.0m。6.4瀝青混凝土心墻軸線瀝青混凝土心墻軸線一般布置于土石壩中心線上,根據(jù)壩基混凝土防滲墻、基巖帷幕灌漿的布置要求,瀝青混凝土心墻軸線位于壩軸線上游1.25m處,與大壩防滲軸線重合,采用直線形布置,長145.5m。6.5心墻與周邊建筑物的連接瀝青混凝土心墻同周邊建筑物的連接是壩體防滲系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。為保證瀝青心墻同周邊建筑物的有效連接,適應(yīng)心墻變形,瀝青混凝土澆筑在水泥混凝土基座上應(yīng)設(shè)置漸變擴大段,以擴大瀝青混凝土心墻同周邊剛性建筑物的接觸面。6.5.1瀝青混凝土澆筑河床段混凝土防滲墻頂部沿心墻軸線設(shè)寬0.2m、深0.2m的齒槽,槽內(nèi)設(shè)一道“Z”字型止水銅片。為增加瀝青混凝土與水泥混凝土間的粘附性和防滲性能,在墻頂及齒槽內(nèi)先涂刷一層厚1cm的瀝青膠(冷底子油),而后在齒槽內(nèi)和墻頂填厚5cm的瀝青瑪蹄脂,并將墻頂部包裹起來,再澆筑瀝青混凝土。瀝青混凝土心墻與混凝土防滲墻和基座的連接見圖2～圖3。6.5.2岸坡混凝土2.5左岸坡壩段混凝土基座外邊坡1?1.00,右岸坡壩段混凝土基座外邊坡1?0.75。岸坡混凝土基座頂部寬2.0m,基座混凝土頂面沿心墻軸線設(shè)半徑0.707m的弧形凹槽,槽寬1.0m、深0.25m,槽內(nèi)設(shè)一道“Z”字型止水銅片。瀝青混凝土心墻與岸坡混凝土基座的連接見圖4。6.5.3心墻與瀝青混凝土心墻的結(jié)合壩頂設(shè)有鋼筋混凝土防浪墻,并兼作擋水建筑物的一部分,為了確保防浪墻和瀝青混凝土心墻緊密結(jié)合,防浪墻趾板伸入瀝青混凝土心墻內(nèi)0.25m,在趾板頂部表面涂刷一層厚1cm的瀝青膠,而后在表面填一層厚5cm的瀝青瑪蹄脂,再澆筑瀝青混凝土。瀝青混凝土心墻與混凝土防浪墻的連接見圖5。6.6設(shè)計瀝青混凝土材料6.6.1瀝青混凝土心墻與兩側(cè)壩體的組合心墻瀝青混凝土的主要任務(wù)是防滲,要求壓實后的瀝青混凝土應(yīng)滿足孔隙率為2%～4%、滲透系數(shù)不大于8.64×10-5m/d、水穩(wěn)定系數(shù)不小于0.85;同時,心墻還必須承受自重和外部荷載的作用,具有一定的強度、柔性和耐久性,并能適應(yīng)壩體的變形,滿足壩體應(yīng)力、應(yīng)變要求。通過配合比設(shè)計和試驗研究,將瀝青混凝土的各項指標(biāo)調(diào)整到最適宜的范圍,使得瀝青混凝土心墻與兩側(cè)壩殼料傳力均勻、變形協(xié)調(diào),既不在心墻和過渡層中產(chǎn)生過低的垂直壓應(yīng)力區(qū),又不讓心墻承受較高的豎向壓力,保持良好的工作狀態(tài)。瀝青混凝土主要設(shè)計參數(shù)見表2。6.6.2混合瀝青土材料的選擇礦料級配曲線瀝青混凝土礦料包括粗骨料、細(xì)骨料和填料,礦料級配要求嚴(yán)格,需通過室內(nèi)及現(xiàn)場試驗不斷進行調(diào)整。合成的礦料級配曲線和要求的礦料級配曲線難以完全一致,特別是在粒徑小于5mm以下的合成級配,可能存在較大的偏差。為使合成的礦料級配曲線與試驗確定的礦料級配曲線盡可能相近,須經(jīng)多次反復(fù)試驗論證。粗骨料采用堿性人工骨料,由燕子釬灰?guī)r加工而成,粒徑為20mm～5mm、5mm～2.5mm兩級。細(xì)骨料采用堿性人工砂,由燕子釬灰?guī)r加工而成,粒徑2.5mm～0.074mm。填料在瀝青混凝土礦料中僅占14%左右,但對瀝青混凝土的性能影響較大,填料采用石灰?guī)r磨制的礦粉,粒徑<0.074mm。瀝青混凝土礦料的主要技術(shù)參數(shù)見表3～5。瀝青的產(chǎn)生和推廣瀝青應(yīng)符合我國高等級道路石油瀝青標(biāo)準(zhǔn),并應(yīng)滿足大壩防滲對瀝青的要求。經(jīng)過試驗論證,選用甘肅蘭州煉油廠生產(chǎn)的“AH—70”號重交通道路石油瀝青。瀝青主要技術(shù)參數(shù)見表6。6.6.3心墻心墻結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化瀝青混凝土防滲技術(shù)在我國還處于發(fā)展階段,行業(yè)規(guī)程規(guī)范還不夠完備,缺少水工瀝青定型產(chǎn)品及瀝青混凝土專用施工機械,因此瀝青混凝土配合比及碾壓試驗研究顯得尤為重要。最初試驗中,由于試驗標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、經(jīng)驗不足、施工中多方交叉,曾出現(xiàn)了骨料料源混雜、配合比不穩(wěn)定、操作不規(guī)范等現(xiàn)象,隨著研究的不斷深入,這些問題都逐步得到解決。瀝青混凝土材料選擇、配合比設(shè)計、物理力學(xué)性能研究、現(xiàn)場攤鋪試驗和現(xiàn)場碾壓試驗是瀝青混凝土心墻正式施工前的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。瀝青混凝土主要研究其防滲性、施工特性以及滿足應(yīng)力應(yīng)變要求的力學(xué)性能。試驗內(nèi)容包括馬歇爾試驗、滲透試驗、單軸抗壓、抗拉、抗彎和三軸剪切試驗等。根據(jù)壩址的氣溫、水溫、地溫、壩高、壩殼料性能、施工和蓄水速度(加載速度)、配料精度等條件,進行瀝青混凝土配合比研究。當(dāng)?shù)氐亩嗄昶骄鶜鉁?5.4℃,年平均水溫、地溫與氣溫基本接近,瀝青混凝土心墻建成后,長年置于壩內(nèi),且一面臨水,其穩(wěn)定溫度接近當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?以此選擇瀝青混凝土配合比。室內(nèi)試驗時擬定了多種配合比,針對不同的礦料級配指數(shù)、瀝青含量、試驗溫度和試件成型方法等進行試驗,尋找規(guī)律,以求得到能比較真實地反映心墻施工過程及運行期受力變形狀態(tài)的試驗方法和滿足結(jié)構(gòu)要求的配合比。在瀝青混凝土心墻正式施工前,進行了現(xiàn)場攤鋪生產(chǎn)性試驗,對施工布置、施工機械設(shè)備及性能、施工工藝、施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法等都進行了試驗研究,以驗證室內(nèi)試驗成果的合理性,并調(diào)整優(yōu)化瀝青配合比參數(shù)?，F(xiàn)場攤鋪試驗的瀝青混凝土配合比見表7。經(jīng)多次現(xiàn)場攤鋪試驗,瀝青混凝土配合比參數(shù)調(diào)整為細(xì)骨料率37%,瀝青含量6.2%,礦粉含量14%,骨料最大粒徑20mm,篩分成20mm～5mm、5mm～0.074mm兩級。正式施工的瀝青混凝土配合比見表8。6.6.4瀝青涂料配合比調(diào)制瀝青涂料(冷底子油)是瀝青與汽油、煤油或柴油配制的一種液體涂料,用于處理水泥混凝土表面,以增強瀝青混凝土與水泥混凝土間的粘附性和防滲性能。要求調(diào)制的瀝青涂料易于涂涮,滲透性強,易揮發(fā),且干燥后與水泥混凝土粘結(jié)牢固。試驗研究中曾進行過幾種瀝青涂料配合比調(diào)制,均能滿足施工要求。施工時采用的配合比(重量比)為瀝青(<100℃):汽油=1.0?1.5,效果較好。6.6.5材料選擇的影響瀝青瑪蹄脂由瀝青、礦粉及砂配制而成,要求具有瀝青混凝土的防滲性能。瀝青瑪蹄脂主要是結(jié)構(gòu)物間接縫的膠結(jié)過渡材料,是處理滲漏的關(guān)鍵部位,必須保證其耐久性和抗?jié)B性,要求配制的混合料應(yīng)易于攤鋪且不因瀝青混凝土心墻作用其上而大量擠出?？紤]到河砂是酸性材料,而瑪蹄脂用砂必須是堿性材料,采用燕子釬灰?guī)r人工砂,細(xì)度模數(shù)1.4～2.2。經(jīng)試驗論證,施工時采用的配合比(重量比)為瀝青:填料:人工砂=1.0?2.0?1.5。7水庫分析計算7.1來水單量和年滲漏量采用有限元法對壩體進行滲流分析計算。經(jīng)計算,壩體單寬滲漏量約0.1m3/d·m,平均滲漏量約為10.38m3/d,僅為多年平均日來水量的0.04%,年滲漏量約為0.39×104m3,占水庫總庫容的0.03%。計算結(jié)果表明,瀝青混凝土心墻、基礎(chǔ)混凝土防滲墻和壩基帷幕灌漿構(gòu)成了大壩完整的防滲系統(tǒng),起到了良好的防滲作用,壩體滲漏量極小,浸潤線的位置較低,大壩不存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題。7.2壩體沉降量的確定壩體材料為頁巖石渣料,壩基為卵礫石夾砂覆蓋層,壩體、壩基均為粗粒料,采用變形模量按分層總和法計算壩體最終沉降量。經(jīng)計算,壩體最終沉降量0.35m,壩基最大沉降量0.27m。7.3壩體安全穩(wěn)定計算壩體填筑料為頁巖石渣料,國內(nèi)采用這類材料作壩殼料的己建工程很少,因此采用了多種分析計算方法進行大壩穩(wěn)定分析。在強度指標(biāo)選擇上,分別采用線性強度指標(biāo)和非線性強度指標(biāo)。穩(wěn)定計算方法分別采用瑞典園弧法、簡化畢肖普法和摩根斯頓法。壩坡穩(wěn)定計算工況為施工期(竣工)的上、下游壩坡、穩(wěn)定滲流期下游壩坡、水位降落期上游壩坡。根據(jù)筑壩材料和瀝青材料試驗研究成果,選取大壩穩(wěn)定分析的物理力學(xué)參數(shù)見表9。為了確保壩體安全穩(wěn)定,需要確定壩坡穩(wěn)定系數(shù),求解最小安全系數(shù)并確定最危險滑裂面。以河床段0+071.00斷面作為計算典型斷面,采用中國水利水電科學(xué)研究院陳祖煜教授編制的《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序(STAB)》進行壩坡穩(wěn)定分析計算,用單形法自動搜索最小安全系數(shù)和最危險滑裂面。各種工況壩坡穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)見表10,臨界滑裂面見圖6～圖7。計算結(jié)果表明,在各種工況下,瀝青混凝土心墻土石壩滿足大壩抗滑穩(wěn)定要求,大壩能安全運行。7.4壩體基礎(chǔ)覆蓋層應(yīng)力應(yīng)變的應(yīng)然狀態(tài)瀝青混凝土是粘彈性材料,在長期荷載作用下強度有不同程度的調(diào)整,其應(yīng)力應(yīng)變并不完全符合雙曲線模型,考慮心墻瀝青混凝土受溫度和荷載共同作用時對粘性及塑性的影響,采用了粘彈性四元流體模型分析瀝青混凝土心墻土石壩的應(yīng)力應(yīng)變狀況。粘彈性四元流體模型的蠕變?nèi)崃縅(t)為:J(t)ε(t)σ=1E1+1E2(1?e?E2η1t)+tη2J(t)ε(t)σ=1E1+1E2(1-e-E2η1t)+tη2壩殼石渣料、壩基覆蓋層及瀝青混凝土的計算模型參數(shù)見表11。水庫蓄水到正常蓄水位時665.00m時壩體應(yīng)力應(yīng)變計算結(jié)果見表12和圖8～圖9。由圖表可知,壩殼最大沉陷-24.9cm,蓄水后向下游的最大水平位移25.9cm,最大剪應(yīng)力0.646MPa,最大剪應(yīng)變6.81%,有6個單元的應(yīng)力水平大于1。瀝青混凝土心墻最