西龙池抽水蓄能电站下水库深厚覆盖层利用分析计算

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1、西龙池抽水蓄能电站下水库深厚覆盖层利用分析计算摘要：本文论述西龙池抽水蓄能电站下水库在深厚覆盖层上建坝设计过程中需重点分析研究的问题。针对西龙池下水库覆盖层特点对坝体及覆盖层的稳定、渗透稳定、坝体及面板应力、应变进行较全面的分析，确定下水库覆盖层利用原则。关键词：西龙池覆盖层利用面板堆石坝1．概述西龙池抽水蓄能电站位于山西省五台县境内，距太原市、忻州市的直线距离分别为100km和50km。电站安装4台300MsoNormalstyle="TEXT-INDENT:21pt;LINE-HEIGHT:normal">电站枢纽由

2、上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站及副厂房、补水建筑物等组成。下水库正常蓄水位838.0m，死水位798.0m，总库容494.2万m3，调节库容421.5万m3。下水库大坝采用沥青混凝土面板堆石坝，最大坝高97m、坝顶长度537m。库底、坝坡采用沥青混凝土面板防渗，防渗面积10.88万m2,库岸采用钢筋混凝土面板防渗,防渗面积6.85万m2。2．地质条件下水库库岸山体陡峻，库岸为崮山和张夏组地层，库底与坝基为第四系洪积和崩坡积物覆盖，下伏张夏组、徐庄组地层。覆盖层厚度一般20～40m，局部深达百余米。洪积

3、物主要由碎石及碎石土组成，经大量勘探、试验、面波测试及地质测年等工作，认为洪积物分三期形成，第一期（Q2pl）、二期（Q3pl）洪积物为第四纪早、晚更新世形成，经历了长期的压密和地表及地下水的淋漓作用，比较密实，并在不同深度形成了不同程度的胶结，而且在洪积物中还存在土质透镜体和碎石架空现象。第三期（Q4pl）洪积物形成于第四纪全新世，基本没有胶结。通过面波测试结果可知：第一期（Q2pl）、二期（Q3pl）洪积物面波波速700～1000m/s,局部存在500～600m/s低速区,结合其它勘探资料分析，这可能是土质透镜体或碎

4、石架空层。第三期（Q4Pl）洪积面波波速小于500m/s，与一般河床砂砾石相当。崩坡积物主要由块石、碎石砾质土等组成，分布于库周陡壁下。在大量勘探、试验、分析研究工作基础上，根据覆盖层工程性质分析确定覆盖层利用原则为：崩坡积物全部挖除，基本挖除第三期（Q4Pl）覆盖物，使下水库挡水坝及库底大部分座落在第一期洪积物（Q2pl）上，仅坝脚部位位于第二期洪积物（Q3pl）上，主沟部位Q4Pl难以挖除，有十余米宽的范围利用第三期洪积物（Q4Pl）中下部作为坝基；开挖料可作为坝体下游堆石区的填筑料。3覆盖层作为坝基需研究的问题覆盖

5、层能否作为坝基必须满足以下三个条件。3.1覆盖层在坝体和水荷载作用下满足抗滑稳定要求覆盖层在坝体和水荷载作用下，能否满足抗滑稳定要求是覆盖层能否利用的首要条件。坝体及覆盖层的稳定从三个方面来分析，首先是坝体自身及坝体连同覆盖层的稳定，对于堆石坝来说，坝体自身稳定不会成为控制条件，但坝体是否连覆盖层一部分或沿覆盖层中薄弱面滑动，需进行分析；其次是坝体沿覆盖层基础开挖面的滑动；三是坝体及覆盖层沿基岩面的滑动。通过对各种工况分析，覆盖层在坝体和水荷载作用下具有足够的稳定性，仅在坝轴线平面反弧中间部位，坝体下游部分沿覆盖层基础开

6、挖面稳定性较差，但通过坝基下游部分开挖宽20m左右平台即可满足要求。3.2覆盖层满足渗透稳定要求下水库采用全库防渗，渗漏量很小，三维有限元计算结果仅为6L/s。在水库正常运行条件下，不会发生渗透破坏，但在下水库防渗和排水失效情况下是否会发生渗透破坏，需进行详细的分析。下水库覆盖层为强透水，渗系数大部分在10－3cm/s以下，具有自由排水能力。渗透临界水力坡降为0.13～0.44,破坏比降为0.42～1.01，通过对下水库三维渗流场分析，即使在下水库防渗及排水失效，计算渗漏量达2.86m3/s的情况下，也难以形成浸润线，最

7、大水力坡降仅为0.06，远小于临界渗透比降，不会发生渗透破坏。3.3在水库蓄水和运行过程中，坝体不产生过大的不均匀变形下水库库底和坝坡采用沥青混凝土面板防渗，水库蓄水和运行过程中，虽然沥青混凝土面板具有较好的适应变形能力，但当基础不均匀变形过大，使面板产生的拉应变超过沥青混凝土的允许拉应变时，沥青混凝土面板将产生裂缝，影响水库的正常运行。影响面板计算变形的主要因素有：计算模型选择、覆盖层、主次堆石力学参数的选取、沥青混凝土面板参数的选取、软弱体如土质透镜体的分布等。3.3.1计算参数（1）覆盖层计算参数在力学参数选择时，

8、我们以应用较广泛的E-B模型为基础进行讨论。E-B模型是采用切线弹性模量Et和体积弹性模量B来描述土体应力应变关系。Et不仅与σ3有关，且与应力水平有关，B是随σ3变化而变化。E-B模型参数是建立在室内三轴试验基础上的，在覆盖层的勘探过程中，为较全面地反应覆盖层工程特性，分别在Q2pl、Q3pl、Q4pl不同时期形成