水库大坝结构安全评价.doc

水库大坝结构安全评价1.1大坝变形描述东进水库施工时清基不彻底，筑坝土料的级配差，土料碾压质量控制不规范，导致坝土填筑压实度低，加之在水库运行中，工程管理及工程维修意识差，现状工程老化现象严重目前坝体形态不规整，现状大坝泥结石坝顶凸凹不平，两坝坡杂草丛生，上游坝面护坡极不规整，块石凸凹不平、残缺不全，极其零乱，并被风浪淘蚀严重；上游坡面局部有明显的隆起现象，隆起达0.3m左右；下游坝坡出现多处隆起、塌陷等变形现象，隆起区平均高出正常坡面0.1～0.2m，最大隆起高度近0.4m；下游坝脚无排水沟、淤堵和排水不通畅现象水库投入运行已40余年，经多年固结沉降，现状坝顶最底高程为1931.00m，坝体竣工时的坝顶高程为1931.16m，经多年固结沉降，现状坝顶最底高程为1931.00m，沉降量为0.16m，垂直沉降率为1.52%1.2主坝抗滑稳定分析及评价1.2.1土料分析1.2.1.1资料来源及资料评价结合东进水库主坝存在的病害状况，并为对大坝进行抗滑稳定分析提供相关的基础参数，在地勘过程中，于坝轴线及大坝最大横剖面上共布置5个钻孔和2个探坑钻探过程中严格按照《勘探工作大纲》及有关的《规程》进行操作，所取土样代表性好，试样制备符合《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）要求，试验项目及成果满足安全评价的需要。

1.2.1.2基本参数确定东进水库主坝设计坝型为均质坝，但由于坝体填筑施工中，采用人工挖运土方式，坝体土料均匀性差，为了直观反映坝体、坝基土料的主要物理、力学参数的变化情况据钻孔勘探资料，主坝坝体土料主要为含砾粘土、粉质粘土、粉土，坝体土料的不均匀性明显，据各种指标的分布图知，土料的物理力学指标及透水性指标均存在差异第三系粘土岩（N2）：黄色、灰色、绿灰色灰黑色砾石层、含砾粘土岩与粘土岩，砾石成分为玄武岩、砂岩、灰岩，呈次棱角-棱角状，粒径Φ2-50mm砾石含量0-50﹪，砾石胶结密实，饱水因此，根据大坝坝体、坝基岩（土）体的物质组成，将坝体划分为一个区域（Ⅰ区），棱体划分为一个区域（Ⅱ区），坝基划分为Ⅲ一个区域，详见坝体分区概化图主坝坝体各区土料及坝基岩（土）体的物理力学特性分述如下：Ⅰ区：为现状坝体，土料为灰色、黄色、灰黄、紫红色含碎石粉质粘土，稍湿-湿，稍密-中密，可塑，碎石为砂岩、灰岩，呈棱角状，粒径2～50mm，含量10～30％土料压实填筑干密度1.38～1.64g/cm3，据钻孔内注水试验资料，其渗透系数为4.2010－5～3.5610-4cm/s，属中等透水层内摩擦角11.8～23.1，粘聚力23.4～73.2KPa，结构属稍密状态。

Ⅱ区：为棱体Ⅲ区：坝基覆盖层，土质主要黄色、灰色、绿灰色灰黑色砾石层、含砾粘土岩与粘土岩渗透系数为5.110-5cm/s～1.2710-3cm/s，属中等～弱透水层为强～弱风化凝灰岩地基，透水率8.2～15.42Lu，属中～弱等透水层坝体、坝基各区土料的颗粒组成及物理力学性质见表1-5根据各区土样试验结果，结合《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中试验成果整理的有关规定，统计得大坝各区土料主要指标的统计值，统计结果见表6-1表6-1 主坝各区土料主要物理力学性质指标统计值分 区平均值小值均值备注天然密度ρ饱和密度ρsat粘聚力C内摩擦角φ粘聚力C内摩擦角φg/cm3g/cm3kPaokPao坝土1.761.8531.0213.7025.7011.73第三系1.871.9648.5017.8831.3715.60据地质勘探资料，对照大坝各区土料的土工试验成果，各区内土料的主要物理力学指标存在一定程度的差异经综合分析，计算指标中，物理性质指标以平均值为主，力学指标以小值均值为主，从而得到稳定计算中各区土料的主要物理、力学指标计算值，见表6-2表6-2 主坝各区土料物理力学指标计算值分 区平均值小值均值天然密度ρ（g/cm3）饱和密度ρm（g/cm3）粘聚力c（kPa）内摩擦角φ（）坝体Ⅰ区1.761.8525.7011.73棱体Ⅱ区2.152.26032.0坝基Ⅲ区1.871.9631.3715.601.2.2主坝抗滑稳定分析（1）工程等级及建筑物级别、水库特征水位、地震设防烈度等基本资料东进水库属小（二）型水库工程，其主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。

水库正常蓄水位1934.00m，校核洪水位1934.54m（本次复核值），设计洪水位1934.37m（本次复核值），死水位1930.70m根据1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），东进水库工程区地震动峰值加速度为0.15g，地震动参数反应谱特征周期0.45S，相应地震基本烈度为Ⅶ度，地震设防烈度取为Ⅶ度2）计算断面计算断面采用现状大坝最大横断面，在计算中将坝体划分为一区（Ⅰ区），棱体划分为一区（Ⅱ区），坝基划分为一区（Ⅲ区），并分别对其边界条件进行适当简化3）浸润线根据大坝现状病害情况，结合本次安全评价地质勘察资料，对坝体土样进行物理力学性质分析然后，通过钻孔水位反演分析水库最高水位情况下的坝土渗透系数和坝基透水率，进行大坝渗流分析坝体浸润线采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》（V5.10）中的渗流分析计算软件进行二维平面有限元分析得到4）计算工况根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的要求，结合东进水库的运行状况，确定大坝计算工况组合见表6-3表6-3 主坝计算工况组合工作条件序号计算工况正常运用稳定渗流期下游坝坡1设计洪水位1934.37m2正常蓄水位1934.00m3死水位1930.70m稳定渗流期上游坝坡4设计洪水位1934.37m5正常蓄水位1934.00m6死水位1930.70m水位降落时下游坝坡7正常蓄水位1934.00m降至死水位1930.70水位降落时上游坝坡8正常蓄水位1934.00m降至最不利水位1929.00mm非常运用Ⅰ稳定渗流期下游坝坡9校核洪水位1934.54m稳定渗流期上游坝坡10校核洪水位1934.54m非常运用Ⅱ稳定渗流期下游坝坡（考虑地震）11正常蓄水位1934.00m，7地震12死水位1934.37m， 7地震稳定渗流期上游坝坡（考虑地震）13正常蓄水位1934.00m，7地震14死水位1934.37m， 7地震水位降落时下游坝坡（考虑地震）15正常蓄水位1934.00m降至死水位1930.70m，7地震水位降落时上游坝坡（考虑地震）16正常蓄水位1934.00m降至最不利水位1929.00m，7地震（5）坝坡稳定允许安全系数根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），当采用简化毕肖普法计算时，各种工况下的抗滑稳定最小安全系数为:正常运用工况：k=1.25非常运用工况Ⅰ：k=1.15非常运用工况Ⅱ：k=1.10（6）计算方法和软件计算采用刚体极限平衡法中的简化毕肖普法，按总应力法计算，地震作用力按新颁布的《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）中的有关规定进行计算。

滑弧土体的地震荷载按拟静力法考虑，在土条上直接作用其地震惯性力，只考虑顺河流方向的地震作用计算软件采用中国水利水电科学研究院陈祖煜教授编制的《土质边坡稳定分析程序STAB2005》所得结果已抽样用手算进行复核1.2.3计算成果根据东进水库主坝实际情况，按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求，对大坝最大断面进行稳定渗流期的上、下游坝坡和库水位降落期的上游坝坡进行全面的抗滑稳定复核计算由于大坝已运行了40余年，本次计算中不再对施工期的稳定进行复核对主坝分别计算了16种工况，其中，对正常运用计算了稳定渗流期的6种工况、水位缓降时的2种工况，对非常运用Ⅰ计算了2种工况，对非常运用Ⅱ计算了6种工况各种工况下主坝的抗滑稳定最小安全系数计算结果见表6-41.2.4主坝抗滑稳定评价主坝下游坝坡在稳定渗流期的校核洪水位、设计洪水位、正常蓄水位下，抗滑稳定安全系数分别为1.116、1.225、1.249，均小于现行规范值；正常蓄水位1934.00m降至死水位1930.70m下，抗滑稳定安全系数为1.413，大于现行规范值上游坝坡在稳定渗流期的校核运行水位、设计洪水位和正常蓄水位下，抗滑稳定安全系数分别为2.510、2.458、2.370，均大于现行规范值；在水位从正常蓄水位缓慢降落至最不利水位时，其抗滑稳定安全系数为1.742，大于现行规范值。

主坝下游坝坡的抗滑稳定安全系数小于现行规范值，上游坝坡抗滑稳定安全系数大于现行规范值的工况，大坝抗滑稳定性差表6-4 主坝抗滑、抗震稳定计算结果工作条件序号计算工况抗滑稳定安全系数规 范允许值安全性分 级正常运用稳定渗流期下游坝坡1设计洪水位1934.37m 1.2251.25C2正常蓄水位1934.00m1.2491.25C3死水位1930.70m1.4921.25A稳定渗流期上游坝坡4设计洪水位1934.37m 2.4581.25A5正常蓄水位1934.00m2.3701.25A6死水位1930.70m2.4921.25A水位降落时下游坝坡7正常蓄水位1934.00m降至死水位1930.70m1.4131.25A水位降落时上游坝坡8正常蓄水位1934.00m降至最不利水位1929.00m1.7421.25A非常运用Ⅰ稳定渗流期下游坝坡9校核洪水位1934.54m1.1161.15C稳定渗流期上游坝坡10校核洪水位1934.54m2.5101.15A非常运用Ⅱ稳定渗流期下游坝坡（考虑地震）11正常蓄水位1934.00m，7地震1.0591.10C12死水位1930.70m， 7地震1.3601.10A稳定渗流期上游坝坡（考虑地震）13正常蓄水位1934.00m，7地震1.7481.10A14死水位1930.70m， 7地震1.5931.10A水位降落时下游坝坡（考虑地震）15正常蓄水位1934.00m降至死水位1930.70m，7地震1.3091.10A水位降落时上游坝坡（考虑地震）16正常蓄水位1934.00m降至最不利水位1929.00m，7地震1.5211.10A1.3副坝抗滑稳定分析及评价1.3.1土料分析1.3.1.1资料来源及资料评价结合东进水库副坝存在的病害状况，并为对大坝进行抗滑稳定分析提供相关的基础参数，在地勘过程中，于坝轴线及大坝最大横剖面上共布置5个钻孔和2个探坑。