基于AUTOBANK 軟件的風(fēng)化料壩滲流及壩坡穩(wěn)定分析

劉玲玲，李永慶

（1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650051；2.水利部海河水利委員會(huì)科技咨詢中心，天津 300170）

1 工程概況

1.1 壩體設(shè)計(jì)

為降低工程造價(jià)，充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，大壩設(shè)計(jì)為黏土心墻風(fēng)化料壩。 壩軸線長(zhǎng)152.715m，最大壩高45m。 堰壩結(jié)合部位采用開(kāi)挖料填筑；壩殼料采用風(fēng)化料場(chǎng)強(qiáng)～弱風(fēng)化料填筑； 防滲體采用黏土心墻填筑。 本大壩為4級(jí)建筑物［2］，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇 （P=3.33%）， 校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇 （P=0.33%）［1-2］。 壩體最大橫剖面見(jiàn)圖1。

圖1 壩體最大橫剖面

1.2 壩基處理

黏土心墻基礎(chǔ)開(kāi)挖：河床清除第四系砂卵石層，切入弱風(fēng)化巖體；左、右岸岸坡及壩肩清除第四系坡積層、滑坡堆積體、坍塌體及全風(fēng)化巖體，切入強(qiáng)風(fēng)化巖體2.0～6.0m。

壩基帷幕灌漿：帷幕灌漿孔布置于壩軸線上，布置為單排孔， 孔距設(shè)計(jì)為1.5m， 采用Ⅲ序孔進(jìn)行灌注。 按SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，大壩為4級(jí)建筑物，帷幕灌漿底界深入q＜10Lu相對(duì)隔水層頂界以下不小于5m。 根據(jù)大壩正常蓄水位與地下水位線的相交點(diǎn)作為左右岸壩肩灌漿的邊界。

1.3 風(fēng)化料場(chǎng)

風(fēng)化料料場(chǎng)至壩址運(yùn)距0.8km， 料場(chǎng)分布高程2522～2580m，地形坡度35°～45°，巖體為三迭系上統(tǒng)松桂組（T3sn）紫紅色、灰綠色砂巖、頁(yè)巖，薄至中層狀，細(xì)粒結(jié)構(gòu)。 巖層厚度穩(wěn)定，弱風(fēng)化巖體完整性好，巖質(zhì)中硬，巖層產(chǎn)狀：N70°E，NW∠46°。

根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的風(fēng)化料場(chǎng)地質(zhì)剖面， 第四系覆蓋層厚度1.0～3.0m， 強(qiáng)風(fēng)化平均厚度約10.0m，弱風(fēng)化至終采平臺(tái)平均厚度約25.0m。開(kāi)采時(shí)需清除物理力學(xué)指標(biāo)較低的殘坡積層和全風(fēng)化層、 取其下強(qiáng)～弱風(fēng)化層上壩。

1.4 壩料填筑指標(biāo)

壩料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及顆粒級(jí)配主要參數(shù)要求如表1和表2。

表1 壩料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

表2 壩料顆粒級(jí)配主要技術(shù)要求

2 計(jì)算參數(shù)

壩基巖體及覆蓋層的計(jì)算參數(shù)根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告擬定；壩體各部位填料的計(jì)算參數(shù)，根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告及相關(guān)實(shí)驗(yàn)成果并結(jié)合工程類比進(jìn)行擬定。 滲流計(jì)算參數(shù)如表3，強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)如表4。

表3 滲流計(jì)算參數(shù)

表4 壩料物理力學(xué)指標(biāo)計(jì)算參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 有限元計(jì)算模型［5-6］

采用Autobank系列軟件（滲流計(jì)算模塊）的穩(wěn)定滲流方法，進(jìn)行平面有限元滲流計(jì)算。選取壩體最大斷面建立平面有限元模型。 平面有限元模型及網(wǎng)格的劃分如圖2。

圖2 滲流計(jì)算有限元模型

3.2 滲流計(jì)算［3-4］

結(jié)合SL274—2001 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，平面滲流工況及計(jì)算結(jié)果如表5。 滲流等勢(shì)線分布圖選取典型工況如圖3、圖4。

表5 滲流計(jì)算成果

圖3 工況1浸潤(rùn)線及水壓等勢(shì)線

圖4 工況6浸潤(rùn)線及水壓等勢(shì)線

從計(jì)算成果分析， 校核洪水位工況上下游水位差最大，計(jì)算出的單寬滲流量最大，量值為2.14×10-4m3/m·s； 壩體最大總滲透量為3.27×10-2m3/s，即2825.28m3/d。

此外，滲透穩(wěn)定方面，各工況的滲流逸出點(diǎn)均位于排水棱體下游坡面，排水棱體具有慮土排水的功能，且逸出點(diǎn)水力梯度非常小，各工況壩坡的滲流穩(wěn)定。

3.3 壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

采用Autobank系列軟件（穩(wěn)定計(jì)算模塊）簡(jiǎn)化畢肖普法，計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定。 計(jì)算結(jié)果列如表6，最危險(xiǎn)滑弧選取典型工況如圖5～圖8。

表6 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖5 工況1壩坡危險(xiǎn)滑裂面

圖6 工況2壩坡危險(xiǎn)滑裂面

圖7 工況9壩坡危險(xiǎn)滑裂面

圖8 工況10壩坡危險(xiǎn)滑裂面

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)壩體進(jìn)行滲流及抗滑穩(wěn)定的二維有限元計(jì)算分析，可以看出，壩體滲流穩(wěn)定和壩坡抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，壩體和壩基總滲透量不大，壩體防滲體、壩體分區(qū)和壩坡等體型設(shè)計(jì)合理可靠。

（2）截止目前，該水庫(kù)已通過(guò)蓄水驗(yàn)收，壩體在正常蓄水位下已運(yùn)行兩年之久， 實(shí)際總滲透量小于計(jì)算值，壩坡穩(wěn)定安全，水庫(kù)工程整體運(yùn)行良好，驗(yàn)證了壩料各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。