混凝土重力壩抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算

【摘要】湟中縣地處湟水流域支流河系分布較多，區(qū)內(nèi)為保證農(nóng)村人畜飲水以及灌區(qū)用水需求而修建的各型水庫較多，舊有水庫的安全鑒定尤其非正常工況校核洪水時(shí)的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算環(huán)節(jié)更為關(guān)鍵，本文就此方面的問題做淺要分析，以供參考交流。

【關(guān)鍵詞】荷載；應(yīng)力；穩(wěn)定

1.待建大壩設(shè)計(jì)概況

本水庫死庫容0.3億m3，最大庫容約為5億m3。根據(jù)現(xiàn)行《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252—2000）》的規(guī)定，確定本工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型水庫，水庫混凝土重力壩、泄水、引水系統(tǒng)進(jìn)水口建筑物為2級(jí)建筑物，施工導(dǎo)流建筑物為3級(jí)建筑物。擋水壩斷面圖如圖1所示：

2.擋水壩段荷載計(jì)算

⑴壩體應(yīng)力在各種荷載組合作用下應(yīng)符合下列要求：

a.計(jì)入揚(yáng)壓力和不計(jì)入揚(yáng)壓力，壩基面垂直正應(yīng)力均應(yīng)小于砼容許壓應(yīng)力1430kPa；

b.計(jì)入揚(yáng)壓力，壩基面最小垂直正應(yīng)力應(yīng)為壓應(yīng)力；

c.壩體最大主壓應(yīng)力應(yīng)小于砌體容許壓應(yīng)力；

d.不計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)，壩體上游面最小主壓應(yīng)力σ≥0.25γH，此中γ為庫水容重，H為計(jì)算點(diǎn)的水頭；

e.壩體內(nèi)不得出現(xiàn)主拉應(yīng)力（溢流堰頂及反弧段、廊道和孔洞

周邊除外）；

f.施工期，壩基面垂直正應(yīng)力只允許有不大于0.1MPa的拉應(yīng)力。

⑵計(jì)算條件

a.建筑物等級(jí)：2級(jí)建筑

b.地震設(shè)防烈度：7°

c.上下游水位

校核水位：上游庫水位84.72m，下游水位46.45 m

設(shè)計(jì)水位：上游庫水位82.5m，下游水位45.5 m

正常蓄水位：上游庫水位80m，下游無水。

d.壩基、混凝土本身抗剪斷摩擦系數(shù)

壩基河床段為片麻狀花崗巖，左岸為千枚巖，右岸為變質(zhì)砂巖。確定抗剪斷摩擦系數(shù)及黏聚力分別為f’=0.9，C’=700KPa。

e.混凝土容重 gc=24kN/m3

f.水容重 gw=10.2kN/m3

g.淤沙干容重 gsd=16.6kN/m3

淤沙內(nèi)摩擦角 按φs =35°=0.611（弧度）計(jì)，淤沙高程按死水位高程計(jì)，孔隙率n=28.6%，淤沙浮容重gsb= gsd-（1-n）gw=9.314 kN/m3

h.揚(yáng)壓力分布

基底端面：滲透壓力強(qiáng)度折減系數(shù)α=0.25

⑶作用在壩體上的荷載及荷載組合

1）作用荷載

a.壩體自重W=W1+W2=29510 kN

b.水壓力：上、下游水壓力分別為P1、P2

c.淤沙壓力Psk=1/2 gsbh2stan2（45°-φs/2）=505 kN

d.揚(yáng)壓力U

e.浪壓力PL

荷載組合：按特殊組合校核洪水位條件計(jì)算。

荷載成果見表一。

特殊組合校核洪水位情況下重力壩荷載計(jì)算成果見表1

3.擋水壩段建基面抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算壩基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：

式中：K′——抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f′——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)f’=0.9。

c′——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力C’=700KPa。

A——壩基面截面積；

ΣW——作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)面的法向分值；

ΣP——作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)面的切向分值。

水庫工程為Ⅱ等工程，最大壩高56.4m，大壩為2級(jí)建筑物。壩體抗滑穩(wěn)定應(yīng)力按抗剪斷公式計(jì)算，其特殊組合狀況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足：特殊組合： K’≥2.5，非正常工況校核洪水時(shí)計(jì)算見下表：

擋水壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)算表見表二

從上表計(jì)算成果看出特殊組合： K’=3.38≥2.5滿足抗滑穩(wěn)定要求，說明初擬擋水壩斷面尺寸較為合理。