宁乡县金元水库土石坝加固扩建的构造和应力变形研究

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1、宁乡县金元水库土石坝加固扩建的构造和应力变形研究中国水利水电第八工程局有限公司摘要：现阶段，随着现代化社会发展水平的不断上升以及科学技术的进步发展,土石坝工程的施工建设要求更加严格。目前，为了提升水库的供水能力以及防洪灌溉能力，需要将土石坝进行加固扩建，而土石坝的加固扩建工程是一项专业性以及复杂性都相对较强的工作，需要充分考虑到土石坝的构造情况以及应力变形情况等。木文就宁乡县金元水库土石坝加固扩建工程的构造以及应力变形情况展开详细论述。关键词：土石坝；加固扩建；构造；应力变形目前，宁乡县金元水库土石坝的加固扩建原因主要包括兴建土石坝期间的不合理设计、土石坝的卧管位置相

2、对来说设置不合理，在大坝左侧位置的卧管存在严重淤塞的现象，难以看到放水管，甚至已经完全丧失了土石坝灌溉供水功能等。现状的土石坝右岸由于缺乏维护，已经没有了相对明显的溢洪道，若上游洪水流量过大，则可能会直接漫过大坝，然后流向下游的冲沟［1］。此外，土石坝出现事故之后的社会影响范围相对较大，因此，需要对土石坝进行科学化加固扩建。为了确保土石坝加固扩建工程的顺利进行，需要提前掌握土石坝的构造与应力变形情况等。一、土石坝加固扩建过程中的构造情况宁乡县金元水库大坝属于均质土石坝，现状其坝顶的高程为142.3米,坝顶的宽度约45米，坝长约81米，最大的坝高为13.5米。根据相关测

3、量数据资料显示，上游坝坡的坡比大约是X2.3,没有实施衬砌护坡，且下游的坡比从上到下分别是1：2.5以及1：11,土石坝的坡面没有任何的防护措施，坡脚的排水棱体顶高程大约是131.0米，底高程大约是121.0米，排水棱体的外坡已经接近直立，在排水棱体的稳定性方面存在着相对严重的安全隐患［2］。水库所在的河流是湘江的支流勒江河小支流，主要是发源自芙蓉寨的金盆岭。河流流经喻家湾、金洞、石门洞以及大园山村直接汇入到勒江河的支流。从流域地势情况上来看，西北高以及东南低，是山区性的河流［3］。土石坝周边有矮山环绕，沿山便道能够直达大坝坝顶，原始地貌则属于剥蚀残丘型，具体位置在上

4、体的冲沟内部，从外形来看是内窄外宽的，酷似簸箕形，而且在土石坝址位置有一个南北走向的“V”字型河谷，河谷的右岸相对来说较陡，而左岸则较缓。土石坝的下游为河床冲沟，沟谷的深度在30米到50米之间，沟谷的左岸岸坡比较陡立，坡度大于70度，紧靠下山的便道，此外，土石坝周边的植被为低矮灌木丛。现阶段，土石坝存在着诸多问题，具体可以从以下几个方面进行阐述：首先，土石坝的填土情况总体来说是相对密实的，但是却存在不均匀的现象，表面相对来说比较松散。土石坝的顶部不平，没有采取防护措施，比较容易受到雨水的冲刷，从而形成沟壑，严重危及到土石坝的安全。其次，土石坝的内坡没有合理设立护坡，坡

5、面局部非常容易被冲刷，造成水土流失。最后，土石坝外坡的雨水冲水情况非常严重，坡脚的排水棱体相对来说比较陡峭，稳定性差，而口土石坝的坝坡坡脚存在漏水现象。因此，在本土石坝的加固扩建工程施工建设过程中，要严格根据土石坝的构造与实际情况，采取有效措施开展加固扩建工作。比如在土石坝的内坡应用混凝土的六方块护坡，并在土石坝的外坡利用草皮护坡以及修整坝坡等，在土石人坝的外坡加固扩建坝脚的排水棱体，建立土石坝坡面的排水沟系统，加高土石坝坝顶高程的同时不断培厚土石坝上下游的坝坡，完善与恢复溢洪道的泄洪功能等。二、宁乡县金元水库土石坝的应力变形分析(-)宁乡县金元水库土石坝坝体的应力变

6、形分析将土石坝的坝体按照标准划分方法，划分为土石坝上游、中游以及下游三个组成部分，之后利用子结构进行分块求解。在坝体的应力变形分析过程中，采用比较常用到的非线性模型，具体来说就是E・B模型，在该模型中主要包含10个非常重要的关系式，我们可以选择其中的两个关系式进行简单的论述：首先是平面应力变形方程：其中，(el-e3)是大主应力以及小主应力之差，且(el-e3)ult是大主应力以及小主应力之差在X关系曲线上的渐近线数值，具体来说该数值般情况下都是接近于土料的强度［5］。(二)宁乡县金元水库土石坝加固扩建过程中混凝土防渗墙的应力变形研究分析土石坝加固扩建期间的混凝土防渗

7、墙可以取代老土石坝的粘土心墙。具体来说防渗墙的混凝土主要划分为水上以及水下两个组成部分，需要将高程控制在合理范围之内。水上部分的混凝土是立模现浇，选择标号是C25的混凝土，弹模为15GPa,此外，为了能够在有限元的计算过程中有效模拟防渗墙的底部浇筑情况，需要在底部设置沉渣单元。将直墙科学划分为矩形形状的三排薄单元，从而更好地有效模拟混凝土的构件工作情况，厚度分别设置成15厘米、48厘米以及15厘米。从专业角度出发，宁乡县金元水库土石坝在加固扩建中的施工顺序对于混凝土的防渗墙应力变形有着非常明显的影响，在计算过程中把混凝土单元设定为其变形模量与其粘土是