桐梓水庫混凝土重力壩抗滑穩(wěn)定計算分析

(四川省水利水電勘測設計研究院規(guī)劃設計分院，四川 德陽，618000)

1 工程概況

桐梓水庫混凝土重力壩為常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程453.80m，寬8.0m，壩軸線長170.0m，其中溢流壩段長40.00m，非溢流壩段長130.00m。

2 壩基面抗滑穩(wěn)定及應力計算分析

該重力壩河床段及左壩肩段壩基為溜狀泥質(zhì)灰?guī)r，僅右壩肩部分為頁巖、粉砂夾泥頁巖，壩基巖體質(zhì)量大部分B Ⅳ類，少量C Ⅳ類，壩基巖體質(zhì)量較好[1]，本文選取溢流壩段、左岸坡非溢流壩段、右岸坡頁巖地基段三個斷面為研究對象，擬采用抗剪斷公式分別進行正常蓄水情況、設計洪水位、校核洪水位[2]三種不同荷載組合情況的壩基面滑動穩(wěn)定進行了簡要的計算分析。計算簡圖如圖1所示。

圖1 壩基面抗滑穩(wěn)定及應力計算簡圖

抗剪斷計算公式如下：

式中：K′——按照抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

垂直正應力計算公式如下：

式中：σy——壩基面垂直正應力，kPa。

大壩建基面穩(wěn)定安全系數(shù)及壩踵、壩趾地基應力計算結(jié)果見表1和表2。

表1建基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

表2壩基面垂直正應力(拉應力為負)

從以上兩個表中的結(jié)果可以看出，該重力壩壩基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在各種工況下均滿足規(guī)定的最小安全系數(shù)要求；壩基面上的最大垂直正應力小于砌體容許壓應力和地基承載力，最小垂直正應力為壓應力；運行期壩踵沒有出現(xiàn)拉應力，施工期壩趾也未出現(xiàn)拉應力，符合規(guī)范要求。

3 深層抗滑穩(wěn)定計算

3.1 壩基地質(zhì)條件

壩基巖體中發(fā)育的順層傾向上游的巖屑夾泥型軟弱夾層Rx④-3，位于重力壩壩基中，與傾向下游的L1-L3裂隙組合構(gòu)成楔形巖體(見圖2)。

圖2 壩基穩(wěn)定分析

壩址下游附近無深潭、深溝分布，壩址下游不存在自然陡立臨空面，從偏安全的角度考慮，本文根據(jù)各類結(jié)構(gòu)面的抗剪斷強度指標進行抗滑穩(wěn)定性驗算，為重力壩壩體優(yōu)化及壩基工程處理措施提供可靠的依據(jù)。

3.2 壩基深層抗滑穩(wěn)定分析

本工程大壩地基穩(wěn)定分析主要是對軟弱夾層Rx④-3和節(jié)理裂隙L3組成的楔形體ABC進行分析計算，來判定壩體是否會沿BC方向滑動失穩(wěn)。計算分析簡圖見圖3。

圖3 大壩壩基深層抗滑穩(wěn)定計算簡化

因為壩基混凝土和巖基面抗滑穩(wěn)定計算滿足規(guī)范要求，所以壩體和ABC巖體構(gòu)成剛體，只能做整體運動。若壩體及ABC巖體沿BC方向滑動，則可假設AB面為臨空面，AB面上游側(cè)的基巖不會對ABC巖體提供反力，剛體承受的荷載只有壩前水壓力P、壩體自重G1、G2，巖體自重W、巖基面揚壓力U1及U2，以上荷載沿BC方向上的分力∑FBC須大于沿CB方向上的分力∑FCB，也就是說，在校核洪水位工況下，如果∑FBC<∑FCB，則大壩地基抗滑穩(wěn)定就不存在問題。

從偏安全考慮，本文根據(jù)潘家錚[4]剛體轉(zhuǎn)動假定，分別對AB、BC兩個滑面進行計算驗證。根據(jù)地質(zhì)情況軟弱夾層面AB、BC面抗剪斷強度指標見表3?！艶BC、∑FCB計算結(jié)果見表4。

表3壩體深層抗滑穩(wěn)定指標(按抗剪斷強度計算)

滑動面編號主滑面摩擦系數(shù)f1凝聚力C2(MPa)與水平方向夾角β(°)軟弱夾層AB0.400.0645°構(gòu)造裂隙BC0.600.1243°

表4∑FBC、∑FCB計算成果

從上表看出∑FBC-∑FCB=-5967(kN)，故壩體地基不會沿BC方向滑動，表明該重力壩地基不存在深層抗滑穩(wěn)定問題，且安全富裕度較大，有利于對壩體進行優(yōu)化。

4 結(jié)論及建議

本文根據(jù)實際地質(zhì)情況對重力壩壩基面抗滑穩(wěn)定及垂直應力進行了簡單的計算分析，該重力壩抗滑穩(wěn)定及垂直應力計算均滿足規(guī)范要求。為進一步確定壩體深層抗滑穩(wěn)定，假定深層滑動的楔形體為轉(zhuǎn)動剛體，對沿滑裂面進行受力計算分析，結(jié)果表明該重力壩不會發(fā)生深層滑動，由此可以進一步優(yōu)化壩體，減少壩體穩(wěn)定處理措施，節(jié)約成本，提高工程的經(jīng)濟效益。