采用瑞典圆弧法和毕肖普法评价超高沥青心墙坝的稳定性.pdf
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1、云南水力发电YUNNAN WATER POWER112第 40卷第 2期0 引言近些年,新疆水利工程建设随着国家经济进程发展迅猛,大型水电站和高坝也逐年增多,由于土石坝具有复杂地形适应强、施工周期短、建造成本低等显著优势,是新疆地区首选的重要坝型。加之新疆石油资源丰富,沥青品质极高,因沥青混凝土优越的防渗、适应变形及自愈能力被广泛应用于水利工程的心墙坝中。为振兴兵团经济,加快实施新型工业化进程,实现经济跨越式发展,充分利用国家政策和十三师的资源、交通和区位优势,转变经济发展方式,也为了实现地表水资源的合理配置和高效利用,有效调节年内水量,提高灌溉供水保证率,解决园区供水问题,保障社会稳定,促进
2、民族团结,在新疆哈密修建BMD 水库,该水库具有灌溉、工业供水等综合利用功能。然而作为国内已建和在建排名第 4 高的沥青心墙坝,大坝设计面临着“一狭一高两小”的问题,即库盘河谷相对窄狭,切割深度大,河谷多呈“V”形地貌形态,最大坝高为 128 m(心墙高度 116.4 m),灌溉供水规模小、洪水标准对采用瑞典圆弧法和毕肖普法评价超高沥青心墙坝的稳定性杨波(新疆兵团勘测设计院集团股份有限公司,新疆 乌鲁木齐 830000)摘要:鉴于狭窄河谷地区百米级高沥青混凝土心墙坝所面临的变形控制难、防渗体易破坏等诸多设计难点,结合工程特点提出适合心墙坝体结构、坝壳料设计方案。采用中国水科院自编程序 STAB
3、2009 瑞典圆弧法、毕肖普简化法对工程大坝边坡稳定进行计算,结果表明:坝体在各个工况下 2 种方法计算出的结果基本相当,且坝坡最小安全系数均有一定安全储备。说明大坝结构设计合理,为150 m 级沥青心墙坝工程设计提供思路。关键词:狭窄河谷;高沥青心墙坝;瑞典圆弧法;毕肖普简化法中图分类号:TV641文献标识码:A文章编号:1006-3951(2024)02-0112-04DOI:10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.026Evaluating the Stability of Ultra-high Asphalt Core Wall Dams using Swed
4、en Circle Method and Bishop MethodYANG Bo(XPCC Surveying&Designing Institute Group Co.,Ltd.,Urumqi 830000,China)Abstract:The hundred-meter high asphalt concrete core wall dam in narrow river valley areas faces many design difficulties such as difficult deformation control and easy damage to the anti
5、-seepage body.This article proposes a design scheme suitable for the core wall dam structure and dam shell material based on engineering characteristics.The stability of engineering dam slopes was calculated using Sweden Circle Method and Bishop simplified method using the self developed program STA
6、B2009 by the Chinese Academy of Water Sciences.The results show that the results calculated by the two methods for the dam body are basically equivalent under various working conditions,and the minimum safety factor of the dam slope has a certain safety reserve.It indicates that the dam structure de
7、sign is reasonable and provides ideas for the design of 150 m level asphalt core wall dams.Keywords:narrow valley;high asphalt core wall dam;Sweden Circle Method;Bishop Method收稿日期:2023-10-28基金项目:江西省青年基金项目(20212BAB214045)作者简介:杨波(1981-),女,四川仁寿人,高级工程师,主要从事水利水电工程设计工作。*杨波 采用瑞典圆弧法和毕肖普法评价超高沥青心墙坝的稳定性113应的洪峰
8、流量小的特点。土石坝坝坡较缓对整个工程投资影响较大,较陡在建设、施工、运行过程中又非常危险,合理的坝坡坡比对设计、施工、运行人员至关重要。然而,国内外已建或在建的高沥青混凝土心墙坝中,由于各种原因导致坝坡失稳或异常漏水,严重时威胁到整个大坝安全运行或对下游厂房及工作人员造成重大隐患1-3,因此,合理设计坝坡对大坝的安全运行至关重要4-6。大坝边坡的稳定分析方法,主要是建立在极限平衡理论基础之上,假定土体为理想塑性材料,达到极限平衡状态时,土体将沿某一滑裂面产生剪切破坏帝失稳。瑞典圆弧法与毕肖普简化法是当前采用在土石坝稳定分析的 2 种流行和常用方法7-9。毕肖普法是条分法的 1 种,将滑动面假
9、定为圆弧面,且考虑每个土条侧面的力,同时认为所有土条底部圆弧面上的 K 抗滑安全系数均相同,即最终所求得整个圆弧面平均 K 安全系数。瑞典圆弧法是对作用于每个土条进行力与力矩的平衡分析,得出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。根据 SL 274-2020碾压式土石坝设计规范的要求,采用上述 2 种方法进行比较计算,采用中国水科院的边坡稳定程序 STAB2009程序计算,以便达到合理控制坝坡的要求10-16。1 工程概况BMD 水库工程主要承担下游农业灌溉、工业用水的调节任务,总库容为 906104 m3,正常蓄水位 1 543 m,坝高 128 m,控制灌溉土地面积为5.1104亩,为等小(1
10、)型工程。工程由拦河坝、左岸的溢洪道、导流兼顾灌溉供水洞组成。坝址区设计震烈度度,大坝设防烈度 7 度。1.1 坝体结构设计大坝与上游围堰永久结合,围堰顶宽 5 m,上、下游边坡 1 2。堰顶高程 1 474 m 以上坝坡取为 1 2.25,采用现浇 C30W6F300 混凝土护坡,厚 0.20 m。混凝土采用 42.5R 水泥,二级配,分块尺寸 3 m3 m,结构缝宽 2 cm,采用 2 cm 厚高压闭孔板嵌缝。上游考虑心墙上游堆石区为含水区,在水库运行过程中,库内水位下降,为减缓坝体内水无法及时排出而产生扬压力对护坡的浮托破坏,在护坡上设置排水孔(每块板上布置 4 孔,孔径100 mm),
11、同时在排水孔处混凝土护坡下设无纺布,以防止把坝体内细颗粒带出,造成坝体渗透破坏。下游马道间坝坡为 1 1.8,采用30 cm 厚混凝土框格干砌卵石护坡,混凝土框格厚0.3 m,高 0.5 m,下游坡设之字形上坝公路,路宽5 m,纵坡 I=9%,共设 4 级上坝道路,路面表层沥青混凝土厚 5 cm,其下设 20 cm 厚级配碎石垫层。最大断面下游综合坡度约 1 2.01。坝体横剖面图如图 1 所示。1.2 坝体防渗体设计坝体填筑分区从上游至下游分为砂砾料区、过渡料区、沥青混凝土区、过渡料区及排水料区。砂砾料区位于过渡层外侧,底部位于坝基,采用C1 料场料填筑,平均运距 1.5 km。河床砂砾石填
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