群樁基礎(chǔ)流變效應(yīng)分析

某水庫水位變動期壩坡穩(wěn)定分析林心張敏DamslopestabilityanalysisofreservoirforfluctuationofwatertableLinXinZhangMin（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州510640）(GuangzhouWaterDesign&ResearchInstitute,Guangdong,Guangzhou,510640)摘要：某水庫作為北江引水工程的備用水源，由于其運行調(diào)度的變化，需要對該水庫在應(yīng)急取水和蓄水回補過程中壩體穩(wěn)定狀況進行分析。本文以理正巖土5.5與stab2009為計算軟件，重點研究水位驟降與水位升高過程中該水庫上、下游坡的穩(wěn)定，同時對于處于不穩(wěn)定狀態(tài)的壩坡提出切實可行的加固方案。關(guān)鍵詞：水位變動；滲流穩(wěn)定；壩坡穩(wěn)定Abstract：Asanalternatesourceofbeijiangwaterdiversionproject，duetothechangeonoperation，thedamslopestabilityofreservoirneedtobeanalyzedintheprocessofemergencywaterintakingandimpoundment.Inthispaper,byusingofLIZHENG5.5andSTAB2009,theauthorfocusesontheresearchonslopestabilityofupstreamanddownstreamofthereservoirintheprocessofrapiddrawdownandraiseofwaterlevel.Atthesametime,theauthorputforwardsfeasiblereinforcementschemeforthedamslopeintheunsteadystate.Keyword：fluctuationofwatertable;seepagestability;Damslopestability1.項目背景某水庫位于廣州市花都區(qū)北部山區(qū)大布河上游，南距市區(qū)15km，壩址以上集雨面積22.6km2，庫區(qū)位于山區(qū)地帶，主河道共長6.6km，庫區(qū)河道平均坡降0.0065；總庫容2252萬m3，正常庫容為1737萬m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、補充生活水源等綜合利用的中型水庫[1]。根據(jù)《廣州北江引水工程（水源工程部分）項目建議書》[2]和《廣州北江引水工程（花都水廠及配水管道工程部分）花都水廠應(yīng)急備用取水泵房建設(shè)方案論證報告》[3]等相關(guān)規(guī)劃設(shè)計文件，某水庫將作為北江引水工程的備用水源，故由于某水庫運行調(diào)度的變化，某水庫在應(yīng)急取水和蓄水回補過程中壩體穩(wěn)定需要進行復(fù)核。2.水庫概況某水庫主壩及3座副壩均為碾壓式均質(zhì)土石壩。本文以主壩為例，對某水庫在應(yīng)急取水和蓄水回補過程中壩體穩(wěn)定狀況進行分析，重點研究在水位驟降與水位升高過程中上、下游坡的穩(wěn)定。主壩現(xiàn)狀壩頂高程49.84~50.4m，最大壩高25.1m，上游坡高19.42m，壩頂長363.0m，壩頂寬4.25~6m，防浪墻頂高程為50.70~51.0m，上游平均壩坡約為1:3，下游平均壩坡1:2.3，壩體與壩基的防滲型式采用塑性砼防滲墻。庫區(qū)及大壩平面位置圖見圖1。圖1庫區(qū)及大壩平面位置圖3.計算方法與工況分析3.1計算方法本工程滲流穩(wěn)定采用‘理正巖土5.5’軟件計算，對于壩坡穩(wěn)定分析，浸潤線結(jié)果正確與否至關(guān)重要，筆者以主壩15-15地質(zhì)剖面來擬合浸潤線，實測的浸潤線以鉆孔水位觀測資料為準，以該斷面鉆孔位置水位的計算值與觀測值之差最小為目標函數(shù)進行反演計算，可得到壩體和壩基各分區(qū)的優(yōu)化反演滲透參數(shù)。通過計算參數(shù)的復(fù)核，素填土的滲透參數(shù)推薦值偏小，故素填土層滲透系數(shù)采用9.26×10-4cm/s，其他土層以《某水庫加固項目工程地質(zhì)勘察報告》[4]邊坡穩(wěn)定穩(wěn)定計算方法采用簡化畢肖普法[5-8]。采用‘理正巖土5.5’與stab2009兩款軟件進行比對計算。選用主壩在正常蓄水位45.2m穩(wěn)定滲流期，分別采用stab2009和理正巖土5.5兩個軟件計算了上游坡、下游坡的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。計算結(jié)果對比見表1。表1抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)對比表抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)stab2009理正巖土5.5誤差上游坡1.8341.8701.9%下游坡1.2531.2963.4%根據(jù)以上兩種軟件計算結(jié)果對比表，可以看出，stab2009軟件計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)偏小，從水庫安全角度出發(fā)，采用stab2009作為主計算軟件，理正巖土5.5用以校核計算結(jié)果。由表1可得，主壩在正常蓄水位情況下的穩(wěn)定滲流期，上游壩坡穩(wěn)定，下游壩坡不穩(wěn)定，建議將下游壩坡放緩坡度，以保證在新增加的應(yīng)急取水和蓄水回補工況，水位驟降與水位升高過程中上、下游坡的壩坡穩(wěn)定。3.2工況分析（1）工況一：正常蓄水位45.2m。計算上、下游坡的壩坡穩(wěn)定。（2）工況二：水庫應(yīng)急取水工況。計算上游坡的壩坡穩(wěn)定。①從正常蓄水位45.2m取水600萬方的水位變幅，水庫從正常蓄水位45.2m降落至41.8m；②從某一水位取水600萬方，降至1/3壩高水位，水庫從41.85降落至1/3壩高水位36.94m；③從最枯水位取水600萬方，水庫從38.88m降落至死水位32.0m。表3工況一抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表stab2009理正巖土5.5規(guī)范[5]允許最小值上游坡1.8231.8731.3下游坡1.3941.4101.3（2）工況二：水庫應(yīng)急取水工況上游坡穩(wěn)定計算。①水庫從正常蓄水位45.2m降落至41.8m。穩(wěn)定分析成果見表4：表4主壩正常蓄水位驟降期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表上游坡stab2009理正巖土5.5規(guī)范允許最小值2d1.7551.7951.36d1.6431.6851.310d1.591.6311.3②水庫從41.85落至1/3壩高水位36.94m。穩(wěn)定分析成果見表5：表5主壩41.85m水位驟降期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表上游坡stab2009理正巖土5.5規(guī)范允許最小值2d1.5611.5931.36d1.4981.5321.310d1.4331.4751.3③水庫從38.88m降落至死水位32.0m.。穩(wěn)定分析成果見表6：表6主壩38.88m水位驟降期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表上游坡stab2009理正巖土5.5規(guī)范允許最小值2d1.4391.4881.36d1.421.4651.310d1.5391.5761.3根據(jù)以上3種水位變幅的不同時間段的計算結(jié)果：驟降后時間越長，上游壓坡水重越小，上游坡安全系數(shù)越小，最小值出現(xiàn)在情況③的第6d，此時間段水位為38.88m降至37.86m，該段水位約為壩高的1/3，與規(guī)范提出的不利水位（1/3壩高水位）時安全系數(shù)值最?。?/3壩高水位）相吻合。（3）工況三：水庫蓄水回補工況下游坡穩(wěn)定計算。穩(wěn)定分析成果見表7：表7工況三抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表下游坡stab2009理正巖土5.5規(guī)范允許最小值0d1.4081.4511.336d1.3971.4351.356d1.3931.431.3通過以上計算和分析，兩款軟件計算結(jié)果趨勢相同，表明計算結(jié)果較為合理。主壩加固之后，在上述三種工況下，上下游壩坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)，該加固方案切實可行。5.結(jié)論與建議筆者以某水庫主壩作為計算模型，在選用計算軟件及計算參數(shù)復(fù)核，計算工況選定等方面進行了分析，得出下列結(jié)論：（1）某水庫采用塑性砼防滲墻方式，防滲效果良好（2）某水庫主壩下游壩坡較陡，平均坡度1:2.3，在正常蓄水位工況下，下游坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，下游坡需進行加固培厚，培厚后平均坡度1:2.75；（3）對加固培厚的主壩上、下游坡在本文所述三種工況下，進行滲流穩(wěn)定與壩坡穩(wěn)定分析，計算的安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，加固方案切實可行；（4）通過穩(wěn)定計算成果分析，上游坡在約壩高1/3水位處最為危險，下游坡在正常蓄水位處最為危險；故對于以應(yīng)急取水以及蓄水回補為主要工況的供水水源類水庫，上游坡在降至壩高1/3水位處時需加強巡查與觀測，下游坡在蓄水回補至較高水位時需加強巡查與觀測。參考文獻[1]水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）；[2]《廣州北江引水工程（水源工程部分）項目建議書》；[3]《廣州北江引水工程（花都水廠及配水管道工程部分）花都水廠應(yīng)急備用取水泵房建設(shè)方案論證報告》；[4]《某水庫加固項目工程地質(zhì)勘察報告》；[5]《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）；[6]《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（DL/T5395—2007）；[7]《水工建筑物》，中國水利水電出版社.2003；[8]《水工設(shè)計手冊》，第四卷（土石壩），水利電力出版社.1984。作者簡介：林心（出生年-1983），女，碩士，工程師；電話工作單位：廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，設(shè)計人員；聯(lián)系地址：廣州市天河區(qū)瘦狗嶺路557-563號廣之旅大廈11樓水工建筑所。孫瞻：6227003324650256237修改說明：1、已補充作者單位與論文摘要的英文翻譯，見文章第1頁。2、圖4、圖5高程錯誤處已修改，見文章第4、5頁。3、圖1~7