喀麥隆曼維萊水電站渠道高邊坡的設計與探討

彭小川 宋月煒 穆全平 郝雪航

喀麥隆曼維萊水電站渠道高邊坡的設計與探討

彭小川 宋月煒 穆全平 郝雪航

曼維萊渠道存在高邊坡處理問題，需要進行邊坡穩(wěn)定計算。采用了GEO-SLOPE軟件對渠道高邊坡穩(wěn)定進行計算分析。計算采用勘測報告并結合現(xiàn)場試驗確定地質(zhì)參數(shù)，通過計算驗證了設計方案下邊坡的穩(wěn)定性。

曼維萊 渠道 高邊坡 穩(wěn)定

1 研究背景介紹

曼維萊水電站位于喀麥隆共和國南部大區(qū)恩特姆省境內(nèi)，攔河壩位于恩特姆河上，電站采用引水徑流式開發(fā)，工程的主要任務是發(fā)電，最大引水流量450 m3/s。水庫總庫容為1.3億m3，電站裝機4臺，單機容量52.75 MW，總裝機容量211 MW。工程主要建筑物由首部擋水和泄水建筑物以及位于工程區(qū)左岸的引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物等組成。輸水明渠從進水閘到壓力前池的總長度約為3 150 m，渠道縱坡為1/4 000，輸水明渠斷面采用梯形，土渠及石渠的底寬分別為15.0 m和25.0 m；邊坡分別為V∶H=1∶2和V∶H=1∶0.5。其中在樁號2+400段，存在高邊坡穩(wěn)定問題。

2 邊坡類別及安全系數(shù)

根據(jù)中國DL 5180—2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》有關規(guī)定，本工程屬II等大(2)型工程，主要建筑物按2級建筑物設計，次要建筑物按3級建筑物設計。引水渠道為主要建筑物，建筑物級別為2 級。根據(jù)DL/T 5353—2006《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》的規(guī)定，引水渠道工程區(qū)邊坡為A類邊坡，引渠為2級建筑物，因此渠道大開挖段邊坡安全級別為2級。采用平面剛體極限平衡方法中的下限解法計算邊坡穩(wěn)定時，按規(guī)范DL 5180—2003規(guī)定確定本工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全標準見表1。

表1 邊坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

3 計算方法

本文采用剛體極限平衡法，利用加拿大GEO-SLOPE公司的Geostudio巖土軟件中的邊坡穩(wěn)定分析SLOPE/W模塊進行分析計算。SLOPE/W模塊用極限平衡理論對不同土體類型、復雜地層和各種滑移面形狀的邊坡中的孔隙水壓力分布情況進行建模分析。

4 計算模型

根據(jù)現(xiàn)有邊坡，進行模型簡化。根據(jù)地質(zhì)勘測報告并且結合現(xiàn)場試驗確定中有關地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)地形實際情況進行建模。模型為二維平面模型，模型寬320 m，高80 m。計算模型及參數(shù)見圖1。

圖1 渠道邊坡計算模型

5 計算荷載

5.1 巖土體自重

在地下水位以上時，巖土體的自重采用天然重度，在地下水位以下時，則應根據(jù)計算方法正確選擇。坡體上的建筑物，包括加固治理結構物，應作為坡體自重計算。巖土體的自重荷載由程序自動加載計算完成。

5.2 地震荷載

根據(jù)曼維萊工程地質(zhì)報告，地震加速度(OBE)代表值為0.06g。

5.3 地下水荷載

邊坡各部位孔隙水、裂隙水或?qū)娱g承壓水的壓力應根據(jù)水文地質(zhì)和地下水資料確定，采用地下水最高水位作為持久狀態(tài)水位。根據(jù)工程地質(zhì)報告，結合實際情況，考慮地下水對邊坡穩(wěn)定影響，計算中給出地下水位線。

5.4 計算工況

計算工況見表2。

表2 計算工況

6 計算結果及分析

在計算模型上加載，計算結果見圖2～5和表3。

圖2 左岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況1)

圖3 左岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況2)

圖4 右岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況1)

圖5 右岸邊坡滑移面和安全系數(shù)圖(工況1)

工況位置安全系數(shù)允許安全系數(shù)狀態(tài)正常運行工況1左岸邊坡1.530≥1.25永久工況地震工況工況2左岸邊坡1.292≥1.05偶然工況正常運行工況1右岸邊坡1.500≥1.25永久工況地震工況工況2右岸邊坡1.256≥1.05偶然工況

計算結果表明曼維萊渠道高邊坡段邊坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。采用勘測報告并且結合現(xiàn)場實驗的確定地質(zhì)參數(shù)作為模型的輸入?yún)?shù)，比較真實有效的反應現(xiàn)場情況。邊坡已經(jīng)投入使用3年，邊坡穩(wěn)定均滿足要求，并未出現(xiàn)任何破壞，與本計算結果相符合。

TV732.6

A

1007-6980(2017)03-0044-02

彭小川 男 高級工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

宋月煒 男 助理工程師 山東省膠東調(diào)水工程蓬萊管理站 山東蓬萊 265600

穆全平 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

郝雪航 男 助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

2017-07-07)