土石坝溃坝研究(13)

土石坝溃坝研究

β

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风向与坝轴线的法线所成的交角（弧度）

库水风壅高度E的计算表

运行状况 e（m） 设计 非常 0.00067 0.00025 K 3.6×10 3.6×10 -6-6W（m/s） 24.0 16.0 D（m） 1000 1000 H（m） 29.0 29.0 g 9.81 9.81 β 30 30 π 3.14 3.14 ④安全加高

根据工程规模按照《碾压土石坝设计规范》 表5.3.1规定，设计情况下的安全加高A=0.5m、校核情况下情况安全加高A=0.3m。

⑤坝顶超高的计算

大草滩水库坝体为4级永久性水工建筑物，设计洪水标准为20年一遇、校核洪水标准为100年一遇。因此坝顶超高根据以上资料计算。

坝顶超高Y计算表

防洪 标准 设计 校核 频率Y(m) （%） 5 5 2.13 1.33 1.63 1.03 0.007 0.003 0.5 0.3 Rp (m) E(m) A(m) 高度(m) 陷值（m） 0.5 0.5 0 0 地震涌浪 地震附加 ⑥坝顶高程复核

按照《碾压土石坝设计规范》推荐的第三种情况复核的坝顶高程S。 正常蓄水位1713.46m 加非常运行情况的坝顶超高+地震安全加高；S=1713.46+1.33+0.5=1715.29（m）；

设计洪水位1714.35m加正常运行情况的坝顶超高； S=1714.35+2.13=1716.48（m）；

正常蓄水位1713.46.00m加正常运行情况的坝顶超高； S=1713.46+2.13=1715.59（m）。

校核洪水位1715.62加非常运行情况的坝顶超高 S=1715.68+1.33=1717.01（m）。

综合结论表明：计算设计坝顶为1717.00m，实际坝顶高程为1717.00m，满足《碾压土石坝设计规范》要求；因此大草滩水库的坝顶高程满足《防洪标准》（GB50201-94）的要求。根据失事水库时水位最高1712.45m，比坝顶高程低4.55m。这一切说明：失事前库水位包括浪高都不可能漫溢坝顶造成破坏。

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㈡大坝非渗透破坏

大坝渗流分析采用北京理正软件设计研究所的渗流分析软件，采用有限元法计算；计算断面选取坝体典型断面0+042.5与0+066.5断面资料，土层渗透性按各项渗透性考虑。

本次选择坝体具有代表性的断面，桩号0+042.5断面，坝顶高程1716.0m，坝高31m；桩号0+066.5断面，坝顶高程1716.0m，坝高37m，设计正常运行水位1713.46m，断面实测上游坝坡为1:1.7，下游坝坡为1：1.5。

大草滩水库的计算水位条件：

（1）上游水位为正常运行水位1713.46m，死水位为1686.5m。 （2） 坝体主要分层与渗透系数的选取

大坝面板堆石坝，坝体填筑以砂石料为主，坝前为砼面板；坝基表层为砾石土，深度为1～8.4m，下部为细粒长石砂岩。坝前库中有部分淤积，根据以上资料，计算断面可以简化为5个区域：①坝前砼面板；②砂石料垫层；③坝体戈壁填筑；；④坝基砂砾石；⑤基岩；渗流计算所采用的主要参数见表4-2-1。

大草滩水库大坝计算采用参数表

土料指标 部位 坝前砼面板 砂石料垫层 坝体戈壁填筑 坝基砂砾石 基岩 湿容重 g/cm 2.4 2.24 2.29 2.15 2.3 3饱和容重 g/cm 2.45 2.3 2.42 2.25 2.4 3内摩擦角 φ′ 40° 33° 37° 35° 40° 粘聚力C′ kpa/m 35 0.4 0.4 0.4 50 2渗透系数cm/s 1×10 8.16×10 1.46×10 2.06×10 1×10 -7-2-3-3-6通过渗流程序计算大坝0+042.5与0+066.5断面有限元计算渗流结果如下

坝坡出逸 坝体溢出点桩号 计算水位（m） 高度（m） 正常运行水位0+042.5 1713.46 正常运行水位0+066.5 1713.46 0 0.27 0.42 30.99 1.0 0.26 0.42 23.55 渗透坡降 允许渗透 3渗流量（m/d.m） 比降值J允许 2、坝体的渗流稳定性分析

参用规范为：中华人民共和国行业标准SL189-96《小型水利水电工程碾压土

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石坝设计导则》、SL274-2001《碾压土石坝设计》。坝体的允许渗透坡降：参照以下公式确定

J破坏＝???1??1?n?

3

?————土粒比重γs=2.65（g/cm）

n————土的孔隙率(n=0.5) J————渗透坡降

KB————流土安全系数，取2.0 经计算J破坏＝0.83 J允许＝0.42

根据渗流程序计算得出的流网计算，坝后溢出点的渗透比降imax=0.21＜J＝0.42，在允许的渗透比降范围，因此，坝体的渗流是稳定的。

3、坝基的渗流稳定性分析

坝基渗漏严重，大坝重建于80年代，当时大坝清基不彻底，部分坝基未清到基岩，岩石裂隙处理简单，有些甚至未进行有效处理，致使大坝自建成运行后就出现渗漏严重，并限制水位运行，水库的效益未得到充分发挥。但水库淤积较少，仍有充分发挥效益的潜力该段基础基岩为粉砂质泥岩与长石中—细粒砂岩互层，破碎较严重，清基最深处可达4.0-5.0 m，基础在死水位以下，对此段基岩，基础以下平均12.0m范围，进行固结灌浆。但在坝后约50.0m、350.0m处，各有出水点一处，当水位升至1700m时，根据水库管理人员测定，两处总出水量约为20l/s。

根据渗流程序计算得出的流网计算，坝基最大的渗透比降i=0.36，i＜J允许，在允许的渗透比降范围内，因此，坝基的渗流也是稳定的。

㈢大坝可能的破坏型式及其过程

大坝实际是一个没有分区、粒径偏细的砂砾石坝，又有一个功能严重不良的面板防渗系统，防渗砼面板浇筑质量差，面板砼强度保证率为72.0%，达不到80%的要求。面板开裂、止水缝未按设计处理，起不到止水作用，成渗漏通道，坝内又未设置专门排水设施，仅依靠坝体自身砂砾石排水。溃坝机理如下：

1）库水位高，持续时间长，因坝体采用混凝土面板防渗，同时，在混凝土面板表层涂有焦油塑料，经过长期运行现混凝土板有个别断裂，焦油塑料有部分脱落；面板与防浪墙的接缝漏水量超过坝体自身排水能力，使F邵浸润线逐步抬高。

2）当坝体砂砾料饱和时，孔隙水压力和滑动力增大，有效抗滑强度减小，据估算，在坝坡稳定性最差的坝体上部，抗滑安全系数小于1。

允许

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3)设计中坝的边坡稳定是按非饱和料考虑的，饱和料比非饱和料的抗滑稳定性低很多，再加上防浪墙和填土荷载，一旦墙基填料饱和发生不均匀湿陷，必将导致墙体下沉、转动，促使防浪墙底座与面板顶部之间的水平接缝内仅有的一道橡胶止水带拉脱、敞开，形成漏水带。

4）当库水位超过上述接缝部位后，库水畅通地从漏水带灌入坝体，进一步促使顶部和填料饱和，防浪墙及坝顶的附加滑动力矩和滑动力加大，导致坝顶下游坡失稳。

5）位于河床坝段的坝高最大，沉降量也最多，使在坝顶面板顶部的水平接缝张开最大，库水灌入比左右坝段多，填料饱和湿陷时间最长，孔隙水压力和滑动力增大，抗滑力减小，以致河床段的坝顶局部连同防浪墙最先向下游倾斜滑动。

6）库水相继漫过坝顶滑塌后的砂砾石陡坡自由下泄，坝料随之流失，将河床段冲成深沟。上部悬空的面板，在库水荷载作用下，相继折断、塌落，溃口随之扩大，导致库水溢流量增大，坝体冲蚀量也加大。

7）溃口进一步扩大，直到库水位大幅度降低，下泄量级冲刷量都相应减小，砂砾坝体的流失及面板的塌落随之减少，逐渐趋于相对稳定状态，最后形成面板和坝体溃口。

4.3 溃坝问题的防治

目前面板堆石坝需要研究的关键技术问题，仍然是稳定、变形及渗流控制3大问题。从面板坝多年的运行情况分析，变形和渗流控制甚为重要。研究变形的目的，除选择低压缩性材料，合理的压实功能外，更重要的是研究不同的坝体结构在变形相互协调 …… 此处隐藏：3167字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……