(刘世建)渗径长度对拱坝坝肩整体稳定的影响分析

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1、20041No16四川水利·33·渗径长度对拱坝坝肩整体稳定的影响分析刘世建,陈建康,蒋德勇,吴震宇,文　斌(四川大学水利水电学院,成都,610065)【摘　要】在拱坝坝肩稳定分析中,抗力体滑面渗径长度的取值为工程界长期关注的焦点问题。本文采用三维刚体极限平衡原理及自编程序,以云南省宝石水电站拱坝为例,对其陡裂面内、外倾大块体滑移进行了深入分析。获知,对同一工程同一位置内倾块体较外倾块体安全系数更大,但其安全系数K值受渗径长度L影响亦更为明显;内、外倾滑移体K值随L增加而减小,但当L增至约0.85倍滑移体长度时,其K值趋于稳定

2、,扬压力折减系数α越大,L增加对K值的削弱越显著。同时,按滑移体长度与坝体最大厚度的比较关系,探讨了滑移体渗径长度的取值方法等。【关键词】渗透压力　整体抗滑稳定　渗径长度　拱坝　安全系数　内外倾滑移体　　在拱坝坝肩整体稳定分析中,渗透压力对坝由式(1)和(2),可求得陡裂面与底裂面上的正交肩稳定安全的影响尤为显著。坝肩抗力体岩性不反力N1、Nb:同,其渗透路径及长度亦不相同,尤其是当坝肩岩∑Xcosδb-∑ZsinδbN1=-U1(6)体整体性较差时,这种差异将更为显著。同时,不sinδ1cosδb-sinδbcosδ1同渗透

3、路径及长度在滑移体陡裂面及底裂面上所∑Xcosδ1-∑Zsinδ1Nb=-Ub(7)sinδbcosδ1-sinδ1cosδb产生的渗透压力变化,亦可能引起滑移模式的改　　将式(4)、(5)代入式(3),整理后可得大块体变,这对评价拱坝坝肩的整体稳定安全十分重要。抗剪断安全系数K:关于拱坝坝肩稳定分析中抗力体的渗径问题,国f1N1+fbNb+c1A1+cbAb内外有关学者曾做过大量研究,获得了许多有益K=(8)∑Y成果,至今仍是工程界致力研究的关键技术之一。式(8)中,c1=0,cb=0时,即有大块体抗剪安全系本文采用三维刚体

4、极限平衡原理,以云南省宝石数计算公式:电站拱坝为例,探讨不同渗径长度对陡裂面外倾′N1f1+Nbf′b及内倾两种滑移体形状抗滑稳定的影响程度。K′=(9)∑Y1　拱坝坝肩整体稳定分析原理111　坝肩三维抗滑稳定分析模型图1为坝肩大块体抗滑稳定分析简图,根据刚体极限平衡原理,可建立如下平衡方程:(N1+U1)sinδ1+(Nb+Ub)sinδb=∑X(1)(N1+U1)cosδ1+(Nb+Ub)cosδb=∑Z(2)其中,陡裂面与底裂面的抗剪力S1、Sb在极限平衡时应满足如下方程:S1+Sb=∑Y(3)f1c1A1S1=N1+(

5、4)KK图1　大块体三维力系示意图fbcbAbSb=Nb+(5)KK·34·刘世建,陈建康等:渗径长度对拱坝坝肩整体稳定的影响分析20041No16式中,∑X,∑Y,∑Z为滑移体自重、拱推力、上水的位置有直接关系,α的取值可参照拱坝设计游拉裂面渗压在图1所示三个方向上的矢量和;规范。在坝肩地质条件比较复杂或坝的工程等别N1为作用在陡裂面上的正交反力;U1为作用在比较高时,α应通过三向渗流场分析确定。考虑陡裂面上的渗透压力;Nb为作用在底裂面上的正到陡裂面深入山体,其渗压作用将沿途衰减,根据交反力;Ub为作用在底裂面上的渗透压力

6、;S1为以往工程经验,陡裂面渗压折减系数β可按底裂陡裂面上的抗剪力;Sb为底裂面上的抗剪力;K面上的015倍来取。为滑移体抗剪摩擦安全系数;K′为当c1=0、cb=2　案例分析0时的滑移体抗剪摩擦安全系数;f1为陡裂面上211　工程概况的抗剪断摩擦系数;fb为底裂面上的抗剪断摩擦宝石水电站位于云南省金平县北东红河南岸系数;c1为陡裂面凝聚力;A1为陡裂面面积;cb一级支流麻子河宝石村河段,属小(一)型工程,工为陡裂面凝聚力;Ab为陡裂面面积;f′为陡裂面程等别为Ⅳ级。首部枢纽拟建单曲混凝土拱坝,抗剪摩擦系数;f′b为底裂面抗剪

7、摩擦系数。坝顶高程710140m,最大坝高42m,坝顶长度112　滑面渗压计算方法109m,正常蓄水位707180m。渗透压力作用在滑动面渗径范围的全部面积上,并且垂直该面指向滑移体内部。渗透压力的大小取决于渗径长度,渗径长度受防渗排水措施及坝肩抗力体岩性的影响。如图2所示,对于侧向滑移面过长或者排水措施较多的情况,渗压水到不了点D而由近坝地形临空面或排水措施处逸出,渗径长度随之相应减少。图3　左坝肩地质横断面图　　工程区为中高山构造侵蚀深切峡谷地貌,谷坡陡峻,坡度一般大于30°,河谷多切割为“V”字形深谷,两岸基本对称。工程

8、区的整体地质条件比较完整,在大坝的左坝肩存在断层f1。断层f1贯越左坝肩中下部高程,与坝轴线呈大角斜交,产状N44°～50°E/SE∠79°～83°。断层属压扭性,延伸长度约60m,在进入微风化～新鲜岩体后呈图2　渗压作用示意图闭合状。从地质上说,f1断层不会对坝肩稳定产生影