小湾拱坝拱座稳定与工程处理+

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1、水电2006国际研讨会小湾拱坝拱座稳定与工程处理王国进刘东勇陈宗荣陈光明何瑞良中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，昆明市人民东路115号，650051，gjwang@126.com摘要：拱座稳定条件对高拱坝的安全至关重要。小湾水电站拱坝坝前水头高、总水推力巨大，两岸拱座抗力岩体范围分布有距坝较近的横河向断层和顺河向为主的蚀变带等地质缺陷，力学指标低、水理性质差，有必要进行工程处理；枢纽布置、坝线选择以及拱坝体型优化均在确保拱座岩体质量和拱端嵌深的前提下进行。勘测设计科研围绕坝基及拱座的稳定性及其加固措施开展了大量

2、的分析研究与模型试验，由平面到空间、自密集结构面概化到各向异性模拟，从不同角度深入分析拱座岩体的稳定条件及其超载安全度。针对近横河向与顺河向拱座地质缺陷对拱座变形稳定的“屏蔽效应”与“胡同效应”不利影响，在基本排水手段前提下，经充分研究最终采用了地下洞井塞置换与高压固结灌浆相结合以增强整体性、辅以坡面保护和坝后锚固以增强侧向约束的综合处置措施。特别基于提高地下置换处理的针对性和有效性、尽量减少对围岩的扰动，对于拱座核心抗力岩体内存在的地质缺陷按照跟踪置换的信息化理念进行处理，收到了良好效果。关键词：复杂拱座；屏蔽

3、效应；胡同效应；综合处置；跟踪置换1工程概况5小湾水电站坝前水头高近300m，拱坝上游面承载面积巨大，总水推力约1660×10kN，其拱座受力量级系当今中国之最，两岸拱座抗力岩体的变形稳定和抗滑稳定成为确保拱坝安全的关键。在坝肩抗力岩体范围内及沿建基面分布有以Ⅲ级断层F11和蚀变带E1、E4、E5、E8、E9为代表的主要地质缺陷，力学指标低、水理性质差，加上部分性状不良的Ⅳ级结构面及近坝部位节理密集带的存在，使小湾拱坝的拱座工作条件十分复杂。在枢纽布置、坝线选择以及拱坝体形优化过程中，对于这些重要地质缺陷均给予了

4、高度重视和充分考虑，力图在确保拱坝建基条件和拱座岩体质量的前提下尽量使主要受力区域避开和减免这些不良地质体的影响；由于受到上游侧距离较近的Ⅱ级断层F7的客观限制以及下游侧沟梁相间地貌和深卸荷岩体的制约，拱端荷载传递无法全面避开不良地质体的影响。有鉴于此，拱坝体型尽量增大推力角度向两岸纵深传递，拱端布置采取了半径向开挖方式并尽量将断层、蚀变带等的影响局限在受力相对较小的中上部高程部位，同时为避开左岸卸荷岩体的影响而在左拱端上部设置了推力墩使拱端受力向纵深方向的完整岩体传递。这些手段的应用，在有限的布置空间内基本确保

5、了拱端受力较大的部位置于相对完好岩体并拉大了与主要断层和蚀变带的距离，但与小湾拱坝规模相匹配的最大压应力尚高达10MPa，在扩散或传递到达相应不良地质体部位时仍具有相当程度的高应力水平，给拱座的变形稳定和抗43水电2006国际研讨会滑稳定条件带来不利影响。为满足高拱坝工作条件要求，有必要采取合理、可行、有效的工程措施进行处理。2拱座地质条件两岸坝肩浅表部岩体卸荷、剪切裂隙发育，左坝肩4号山梁高程1080m以上卸荷带底界最大水平深度为100m～160m，右坝肩3号山梁卸荷带底界最大水平深度约为85m。剪切裂隙主要沿

6、近SN向顺坡构造节理发育，卸荷拉张裂隙沿与岸坡走向近似平行的近SN向陡倾节理发育。坝肩和坝基部位近SN向分布的E4、E5、E1、E9、E8等蚀变带性状差异大，其在宏观上延伸具条带性，微观上具不规则性，宽窄变化大；且随蚀变程度的不同，带内岩体的物理力学指标相差较大。两岸坝肩大部分断层为近EW向陡倾结构面，在卸荷岩带中性状较差，这些断层穿过坝基和坝肩岩体，特别是右岸F11断层，对坝肩变形稳定影响较大；有少数断层为近SN向陡倾角结构面（如F20、f30等），可能构成坝肩岩体的滑移边界。两岸坝肩岩体存在近SN向（顺坡向）

7、中缓倾角节理组，是唯一能形成滑体底滑面的结构面，对坝肩抗滑稳定不利。坝址区属中、高地应力区，在河谷底部有高应力集中区。较高地应力的存在使近EW向结构面基本上处于受压状态，有利于坝肩的变形稳定，但开挖过程中地应力释放，岩体卸荷回弹，引起裂隙扩展，相应部位岩体强度降低，对基础开挖面周边岩体的稳定有一定的负面影响。坝址区地下水埋藏深度较浅，水量相对丰富。而且坝肩大部分抗力岩体在大坝泄洪期间位于强暴雨区，受泄洪雾化影响大，山体渗透水压力是影响坝肩稳定的主要因素之一。3拱座地质缺陷影响数值模拟分析及试验研究为了解掌握拱座地

8、质缺陷的存在对拱坝工作状态的影响关系，分别建立了较为精细的平面模型和整体空间模型开展了不进行工程处理条件下的数值模拟分析计算研究，以从细观力学行为机制到宏观影响效果方面分别揭示相关地质缺陷存在的作用，同时辅以对应的地质力学模型试验进行对比验证。3.1侧重影响作用机制的平面模拟分析鉴于主要地质缺陷重点分布在中上部高程，选取了1245m、1210m、1170m和1130m高程