鸡蛋冲水库重力坝深层抗滑稳定计算分析

鸡蛋冲水库重力坝深层抗滑稳定计算分析

关寰宇

梧州水利电力设计院 广西梧州 543002

摘 要：根据现行混凝土重力坝设计规范要求，当坝基岩层存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，需复核其深层滑动稳定。本文采用深层抗滑稳定计算的基本方法－刚体极限平衡法，根据地质参数、抗力角度选择、结构面假设等设计基本资料，对整个坝段不同断面的计算分析，确保坝基岩体承载力以及抗滑稳定满足设计规范要求。

关键词：重力坝；坝基；抗滑稳定

1工程概述

鸡蛋冲水库位于黄姚镇崩江村，距离黄姚约3.2km。水库以供水为主，兼顾下游灌溉水利工程，正常水位为228.5m，总库容为457.20 万m³，最大坝高42.5m。供水规模1.6万m³/d。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017），工程属于规模为小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等；主要建筑物（埋石混凝土重力坝、放水闸、冲砂闸等）按4级建筑物设计，次要建筑物按5级建筑物设计。

鸡蛋冲水库拦河坝为埋石砼重力坝，坝体共由7个坝块组成，坝顶高程231.0m，最大坝高42.5m，坝顶总长118.8m，左岸非溢流段长52.6m，由1^#~3^#坝块组成，坝块长16.2~19.8m，坝高6.5~42.5m；右岸非溢流坝段长53.8m，由5^#~7^#坝块组成，坝块长15~19.8m；河床溢流坝长12.4m，由4^#一个坝块组成，最大堰高40.0m，溢流堰为开敞式宽顶堰，净宽为10m。

2地质情况

坝基岩石为泥盆系中统郁江阶（D₂y）页岩夹粉砂岩，坝基弱风化带岩体完整性好，节理裂隙规模小，岩层呈薄层状，岩层走向与坝轴轴线交角约29～33°，倾向下游稍偏右岸，倾角较缓，约20°。坝基岩体类别属C_Ⅳ类，岩体强度较低，抗滑、抗变形性能较差，坝基岩体综合物理力学性质参数如下表1所示。

表1 坝基岩体综合物理力学性质参数

3计算公式

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2018）附录C坝基深层抗滑稳定计算章节，采用双滑动面，计算断面简图如下所示：

坝基深层稳定计算公式如下：

式中： —按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

—作用于坝体上全部荷载（不包括扬压力，下同）的垂直分值，kN；

—作用于坝体上全部荷载的水平分值，kN；

—分别为岩体ABD和BCD重量的垂直作用力，kN；

—分别为AB、BC滑动面的抗剪断摩擦系数；

—分别为AB、BC滑动面的抗剪断凝聚力，kPa；

—分别为AB、BC面的面积，m²；

—分别为AB、BC面与水平面的夹角；

—分别为AB、BC、BD面上的扬压力，kN；

—分别为BD面上的作用力及其水平面的夹角；

4计算成果

作用在坝上荷载有静水压力和动水压力、坝体自重、扬压力、浪压力等。根据地质倾角假定下游抗力岩体剪切滑动时，初步拟定 角度为18.5°、55°，为偏安全考虑， 取值为0°，分别计算正常水位工况、设计水位工况、校核水位工况，通过上面两个公式及K’₁-K’₂=0，求解Q，K’值，4#坝块为最大坝体断面，因此本次计算采用4#坝块断面作为典型断面，各断面计算结果见下表2。

表2 4#段坝基深层滑动计算成果表

从上表可以看出，各坝段深层稳定计算成果满足规范要求。BD断面最大应力分别为636.79kPa，小于1200kPa，坝基岩层承载力满足要求。

5结论

1）从计算成果来看，各坝段坝基深层计算成果满足设计规范要求，但是抗滑稳定系数都比较靠近规范要求的最小系数，此后应辅以有限元发、地质力学模型实验法、仿真模拟等方法进行复核计算。

2）对工程可采用在全坝基范围及两侧影响带进行固结灌浆，灌浆深度均为5m，灌浆孔距、排距为3m×3m，灌浆孔布置成梅花形；设置齿槽，加深基础开挖或换基等方法改善地基情况，有利于阻止深层滑动的发生。

3）在坝前设置单排帷幕灌浆，灌浆轴线延伸至两坝肩部，轴线总长155m，采用封闭式帷幕灌浆，灌浆上限为坝基接触线，灌浆下限为深入透水率为5Lu的相对隔水层以下5m。

4）在基础灌浆廊道内防渗帷幕的下游设置坝基排水孔，孔距3m，孔深一般为帷幕深的0.4~0.6倍，坝基渗水通过廊道自排至下游。能有效减少坝基岩体渗透压力，增加抗滑稳定安全系数。

参考文献：

[1]蔡为武.混凝土坝基岩深层滑动几个问题[J].人民长江，1986(01).

[2]金永堂.坝基深层滑动稳定计算中若干问题的研讨[J].水利学报，1980(06).