松溪供水工程大壩穩(wěn)定及應(yīng)力分析

李 嶸

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

水源工程是松溪供水工程主要組成部分之一，其水源工程主要建筑物為口上水庫攔河大壩，壩址位于昔陽縣口上村松溪河下游河道上，河谷呈“U”字形，谷底寬38 m，河床高程608.2～609.3 m。

2 大壩設(shè)計(jì)及布置

松溪供水水源工程口上水庫攔河大壩采用堆石混凝土重力壩，壩軸線布置為曲線型，壩頂長120 m，其中壩體中部溢流壩段為圓弧形，長61.32 m，半徑125 m，兩岸擋水壩段壩軸線為溢流段圓弧的切線，左右岸長度分別為24.51 m，34.9 m，壩頂高程647.9 m，最大壩高58.4 m，壩頂寬6.0 m。河床圓弧段壩體上部布置溢流表孔泄洪，堰頂高程637.0 m，共5孔，每孔凈寬8 m，設(shè)平板檢修門和弧形工作門控制，最大泄量2 328 m3/s。溢流表孔下部壩體內(nèi)對稱布置兩孔泄流沖砂底孔，進(jìn)口底高程610.0 m，進(jìn)口設(shè)平板檢修門和弧形工作門，孔口尺寸8 m×5 m，最大泄量1 762 m3/s。

3 大壩抗滑穩(wěn)定與應(yīng)力計(jì)算分析

3.1 荷載與計(jì)算工況

壩體在不同情況下所承受的荷載包括：①壩體與其上設(shè)備自重，混凝土容重取24 kN/m3；②靜水壓力：水庫正常蓄水位643.0 m，相應(yīng)下游水位609.0 m；設(shè)計(jì)洪水位643.0 m，相應(yīng)下游水位617.75 m；校核洪水位646.53 m，相應(yīng)下游水位621.73 m；③揚(yáng)壓力：壩基防滲帷幕處揚(yáng)壓力的折減系數(shù)取0.5；④泥沙壓力；⑤浪壓力；⑥動(dòng)水壓力；⑦地震荷載（地震慣性力和地震動(dòng)水壓力）；⑧冰壓力。

荷載組合與計(jì)算工況如下所示：

基本組合：正常蓄水位工況下，考慮①+②+③+④+⑤；設(shè)計(jì)洪水位工況下，考慮①+②+③+④+⑤+⑥；冰凍工況下，考慮①+②+③+④+⑤+⑧。

特殊組合：校核洪水位工況下，考慮①+②+③+④+⑤+⑥；地震工況下，考慮①+②+③+④+⑤+⑦。

3.2 壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析

對壩基進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析，按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》采用抗剪斷公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

由計(jì)算結(jié)果可知，壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值大于允許值，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求。

3.3 大壩應(yīng)力計(jì)算分析

壩體應(yīng)力計(jì)算截面定為壩上游折坡斷面，高程610 m。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算壩基與壩體垂直正應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 壩體及壩基垂直應(yīng)力計(jì)算成果表

從表2可知，地震以外的幾種工況下，大壩基面和壩內(nèi)的垂直正應(yīng)力均大于零，即無拉應(yīng)力出現(xiàn)，壩基面最大垂直正應(yīng)力為1 033 kPa，小于壩基容許壓應(yīng)力；壩體最大主應(yīng)力為1 695 kPa，小于混凝土容許壓應(yīng)力；地震工況下，壩踵和壩身均為壓應(yīng)力，符合規(guī)范要求；壩基下游面最大垂直正應(yīng)力為1 080 kPa，壩體最大正應(yīng)力為1 771 kPa，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

綜上所述，通過分析大壩壩體承受的各種荷載，在不同荷載組合工況下對壩基面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。結(jié)果表明：抗剪斷安全系數(shù)計(jì)算值小于規(guī)范允許值，滿足抗滑穩(wěn)定要求；計(jì)算各工況下壩踵和壩趾的垂直正應(yīng)力與主應(yīng)力，其結(jié)果均滿足壩體應(yīng)力要求。