查格亞面板堆石壩穩(wěn)定性分析

何燕云，朱愛莉

（上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434）

1 引言

我國面板堆石壩起步較晚，但發(fā)展迅速，積累了相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和分析經(jīng)驗(yàn)。文中針對(duì)已建成完工的查格亞水電站大壩，依據(jù)原設(shè)計(jì)文件和相關(guān)的計(jì)算分析報(bào)告，復(fù)現(xiàn)設(shè)計(jì)方穩(wěn)定分析模型，將計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方成果進(jìn)行比較分析，并應(yīng)用國內(nèi)筑壩材料通用的鄧肯強(qiáng)度模型和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)分析查格亞大壩穩(wěn)定性，對(duì)國內(nèi)外不同強(qiáng)度模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為類似工程穩(wěn)定分析提供參考。

2 工程概述

查格亞大壩位于南美秘魯，由巴西Intertechne公司設(shè)計(jì)，為鋼筋混凝土面板堆石壩，主體工程于2015年底完工。壩頂高程1 202.5 m，壩頂寬11.2 m，壩頂長度274 m，最大壩高210.5 m，寬高比1.30，河谷系數(shù)約1.5。上游邊坡1∶1.5，下游綜合邊坡1∶1.8，其中馬道間邊坡為1∶1.2（高程992.00～1 100.00 m）、1∶1.3～1∶1.33（高程1 100.00～1 202.50 m）。壩頂上游設(shè)置“L”型防浪墻，墻高5.5 m，頂高程1 204.00 m，下游側(cè)“L”型擋墻，墻高4.0 m。

壩體從上游至下游主要分區(qū)依次為：任意料區(qū)（1B）、砂壤土或粉細(xì)砂鋪蓋料（1A）、鋼筋混凝土面板、擠壓邊墻、過渡層（2B）、上游堆石區(qū)（3B/3C’）、死區(qū)（T）、下游堆石區(qū)（3D）、下游基礎(chǔ)過渡區(qū)（3Ca/3C）、下游護(hù)坡（4區(qū)），在右岸壩體局部斷面，2B與3B區(qū)之間設(shè)置了3A、3B’（天然砂礫石料）。1A區(qū)頂部高程1 075.00m，采用砂壤土或粉細(xì)砂，墊層采用擠壓邊墻，除右岸的上游堆石區(qū)部分采用了砂礫料以外，其余堆石料3B、3C、3D區(qū)均采用了硬巖堆石料，T區(qū)采用了含砂的崩積層料。

3 大壩邊坡穩(wěn)定分析

3.1 穩(wěn)定分析模型復(fù)現(xiàn)

設(shè)計(jì)方壩體穩(wěn)定分析采用了SLOPE/W軟件[1]、斯賓塞分析方法，文中采用相同的分析程序和計(jì)算方法，對(duì)大壩邊坡穩(wěn)定分析模型進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，采用與設(shè)計(jì)方穩(wěn)定分析報(bào)告中相同的幾何模型、材料參數(shù)和設(shè)計(jì)工況。

原穩(wěn)定分析報(bào)告堆石體材料模型，采用德邁洛（de Mello，1977）表達(dá)式。德邁洛將堆石的非線性抗剪強(qiáng)度特性用指數(shù)形式表示：

式中：τf為堆石料抗剪強(qiáng)度；σn為滑動(dòng)面上法向應(yīng)力；A、m為試驗(yàn)參數(shù)。德邁洛對(duì)馬薩爾大型三軸壓縮儀的堆石試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)出m的變化范圍為0.81～0.88，m愈小對(duì) τf影響愈大；一般m值為0.7～0.8。

查格亞大壩堆石材料為灰?guī)r，A、m為參數(shù)分別取值2和0.875，與國內(nèi)參考文獻(xiàn)［2］中提到的幾種碾壓式堆石的A、m值相比，A取值較低，m取值較高。設(shè)計(jì)方用于壩體穩(wěn)定分析的材料參數(shù)見表1所示。

表1 材料參數(shù)

原設(shè)計(jì)方計(jì)算報(bào)告成果與文中復(fù)現(xiàn)模型校核成果詳見表2。計(jì)算結(jié)果表明，復(fù)現(xiàn)模型的安全系數(shù)與設(shè)計(jì)方設(shè)計(jì)安全系數(shù)基本一致，表明設(shè)計(jì)方分析模型準(zhǔn)確、可靠。

表2 各工況安全系數(shù)

3.2 非線性抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析

查格亞大壩堆石的非線性抗剪強(qiáng)度，設(shè)計(jì)方采用了德邁洛公式，除3.1所述的德邁洛非線性抗剪強(qiáng)度公式外，國內(nèi)更為常用的是鄧肯（Duncan,J.）對(duì)數(shù)表達(dá)式。碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[3]第10.3.5條要求，混凝土面板堆石壩的粗粒料應(yīng)采用式（2）確定的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。

堆石為無粘聚力材料（c=0），其抗剪強(qiáng)度可用內(nèi)摩擦角表示，其內(nèi)摩擦角與圍壓呈非線性關(guān)系[4][5]，公式如下：

堆石抗剪強(qiáng)度由下式表示

為更好理解設(shè)計(jì)方強(qiáng)度參數(shù)，同時(shí)也用國內(nèi)的強(qiáng)度公式對(duì)設(shè)計(jì)方結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，文中對(duì)復(fù)現(xiàn)模型采用國內(nèi)規(guī)范要求的鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式，堆石材料強(qiáng)度參數(shù)選用與查格亞壩體堆石（灰?guī)r）接近的天生橋一級(jí)壩體材料和珊溪壩體材料參數(shù)，選取六組強(qiáng)度參數(shù)對(duì)運(yùn)行期工況的下游壩坡進(jìn)行了對(duì)比分析，分析結(jié)果見表3。

表3 校核參數(shù)及對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)

由計(jì)算結(jié)果可知：采用鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式計(jì)算的安全系數(shù)與設(shè)計(jì)方德邁洛公式計(jì)算的安全系數(shù)非常的接近，相差最大的是編號(hào)2，相差5.3%，亦在合理的偏差范圍。編號(hào)4強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算的結(jié)果與設(shè)計(jì)方計(jì)算結(jié)果相等，可以近似認(rèn)為德邁洛公式A、m參數(shù)分別取值2和0.875與鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式強(qiáng)度參數(shù)分別取50.5、10.0等效。由此可見：國內(nèi)外雖然采用不同強(qiáng)度公式，但計(jì)算的壩體穩(wěn)定安全系數(shù)與國內(nèi)通用公式和參數(shù)計(jì)算結(jié)果基本一致。

4 結(jié)語

文中通過復(fù)現(xiàn)已建成完工的查格亞大壩穩(wěn)定分析模型，校核了設(shè)計(jì)方的計(jì)算成果，并應(yīng)用國內(nèi)類似工程的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方采德邁洛強(qiáng)度公式和相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，與采用國內(nèi)公式（鄧肯對(duì)數(shù)表達(dá)式）及其參數(shù)所得安全系數(shù)基本一致。