坝体渗流与稳定计算.pdf

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1、1/16 坝体渗流与稳定计算 依据：碾压土石坝设计规范 SL242001 8。节 丰镇例：.加高 3m（格东坝、南坝,格南坝）坝坡稳定安全计算分析.1。1 计算工况 根据火力发电厂设计技术规程（D0094)、碾压式土石坝设计规范（SL74-001）,结合灰坝的具体情况，灰坝的稳定分析中应核算以下工况的坝坡稳定性:灰水位0.00m，下游水位200。00，计算下游坝坡稳定。4。12 计算方法与计算参数指标的选取（1）计算方法 按照碾压式土石坝设计规范(L274201），土坝采用依据刚体极限平衡原理的圆弧滑动法进行稳定分析。计算同时采用了不计条块间作用力的瑞典圆弧法和计及条块间作用力的简化毕肖普法.

2、稳定渗流期的下游坝坡稳定采用有效应力法计算，水库水位降落期的上游坝坡稳定采用总应力法计算。土体抗剪强度可用有效应力法按下式确定：Ctg 式中：-土的有效应力；、C-土的有效内摩擦角和粘聚力。在库水位降落期,土体的抗剪强度用总应力法按下式确定:uucCtg 式中：u、uC用不排水剪的内摩擦角和粘聚力。（2）计算参数 上游灰水位129.00m，对应下游水位1200.00;2/16 计算采用的相关材料物理力学指标见表 4-1 表-1 计算采用的物理力学指标 项 目 干容重 d(kN3）湿容重 湿(kN/m3）饱和容重 sat（kN3）粘结力 c(k/m）内摩擦角（）坝体土 173 1。20 2 2

3、库区灰 40 0 30 固结灰 15.200 35。1.3 浸润线计算 采用均质坝浸润线计算原理进行计算。经计算得浸润线方程为:92.422.22xy 4.1.4 计算方案和计算结果 根据坝体各部分填土性质,进行各土层划分（见图 4），计算中对可能的弧顶、弧脚位置进行了组合，各种组合方案见表4-2,计算工况下各方案的计算结果见表 4-2，通过计算得到最危险的划弧（见图 42).相对而言较为危险的划弧的具体计算结果见附录 1。表 42 下游坝坡计算方案组合表 上游 计算方案 3 6 8 0 弧脚范围 1 4 1-4 1-14-6 5-6 5-6 弧顶范围 1516 1415 1314 8-9 7

4、 4-1516 1415 134 计算方案 11 1 13 14 1 17 18 9 20 弧脚范围-5-56 8 -8 112 1112 112 弧顶范围 1213 8-67 15-16 1-15-14 1-13-6 415 131 表 下游坝坡各方案计算结果 方案 弧脚 弧顶 滑弧 半径 抗滑稳定安全系数 瑞典法 毕肖普法 1 14 151 47.1 1596.1 2 14 15 47.08 1.597 1.61 -4 1314 386 1.623。637 4 1 4 40.43.18 1634 4 2-13 3.7.61。72 1-4 8-9 43.55。646 1664 1-6-7.1

5、65 1.62 1。66 3/16 5-6 1516 19865 1。746。4 9 5-6 145 2。3 1。7.868 10 5-131 31。259 1.9 1。832 11 56 12-13 191 1。70 1.840 1-6 8 132 16 1。840 3 56 67 9。3。75 10 14 78 15 14.58 2。00。168 15 7-8 141 14.587 2。02 2.168 1 8 3-14 14.8 2。00 2.168 17 113 1。7 2.002 2.168 18 1-1 51 5.8 96。96 19 1112 14-15 849 996 1。97

6、 20 1112 131 584 196 1。9 4/16 27233161209.002556132624100015141209.50120300041110300012322212019原地面标高1200.0030002181776541:21205.50101:21204.00129830001207.001:21000 图 41 下游坡稳定计算土层划分图 5/16 R47.0811205.501:230003原地面标高1200.002226717181920211204.001:24530003000300010001201415261209.00162723100091210111

7、209.502413251:21207.008瑞典法:Fmin=1.596毕肖普法:Fmin=1.59601 图 4-下游坡最危险滑弧图6/16 5 计算成果分析 按照火力发电厂设计技术规程（500-94）,级土石坝坝坡抗滑稳定最小安全系数值下游坡为1.15（基本情况）和0(特殊情况）。计算结果表明，灰坝断面在水位为 120900m 时，下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。2格北坝加高 2m坝坡稳定安全计算分析 4.计算工况 根据火力发电厂设计技术规程（DL5094)、碾压式土石坝设计规范(SL72001),结合灰坝的具体情况，灰坝的稳定分析中应核算以下工况的坝坡稳定性：灰水位 1209。，

8、下游水位 1200,计算下游坝坡稳定。22 计算方法与计算参数指标的选取 按照碾压式土石坝设计规范（L2742001）及修改和补充规定,土坝采用依据刚体极限平衡原理的圆弧滑动法进行稳定分析。计算同时采用了不计条块间作用力的瑞典圆弧法和计及条块间作用力的简化毕肖普法.具体计算原理同上.上游灰水位 1209。5m,对应下游水位20.0m;计算采用的相关材料物理力学指标见表 表 44 计算采用的物理力学指标 项 目 干容重 d(k/）湿容重 湿（k/m3）饱和容重 sat（kN/m3）粘结力 c（kN/m2)内摩擦角()坝体土 7.3 17.5 1。0 2 21 库区灰 2。0 0 3 固结灰 15

9、.7 0.0 50 5 42。3 浸润线计算 采用均质坝浸润线计算原理进行计算。经计算得浸润线方程为：47.891.22xy。24 计算方案和计算结果 根据坝体各部分填土性质，进行各土层划分（见图4)，计算中对可能的弧顶、弧脚位置进行了组合,各种组合方案见表 4-5,计算工况下各方案的计算结果见表6,通过计算得到最危险的划弧（见图 4-4).相对而言较为危险的划7/16 弧的具体计算结果见附录.表 4-5 下游坝坡计算方案组合表 计算方案 3 4 5 6 7 8 10 弧脚范围 01 01 01 0 01 110 11 1-1 1-10 110 弧顶范围 21 2-2 920 1819 151

10、6 114 221 10 1819 161 计算方案 11 2 3 1 1 6 1 1 9 弧脚范围 0 1015 101 15 101 1-18-19 181 19 弧顶范围 5-6 21-4 20-2 1-20 18-19 6 21-1 021 19-2 表 4 下游坝坡各方案计算结果 方案 弧脚 弧顶 滑弧 半径 抗滑稳定安全系数 瑞典法 毕肖普法 01 24 12804 1。872 1。843 0-1 202 12。19。907 1894 0 19-128.0 85 1857 4 01 119 1160 1。75 1。739 5 0-1 15-16 123。02 1。845 171 6

11、 110 21-14 3。53 347 1.378 1 021 35.36 1。31.377 8 110 192 21.1 1.338 1。7 9-1 9 30。257 149.7 1 1-10 1617 1 1.07 1.386 11 16 78.26 404 12 1-5 21-4 1655 52 1。626 13 10-15 2021 1.52 1。40 1。71 14 115 1920 29.864 1.444 1.57 15 1-1 18-19 1787 1.520 1.81 16 115 1516 17.879 1.591 1。78 17 8 21-1 5.16 2.2 2.92

12、18 189 2021 5.1 2.923 2。972 19 1819 9-20。0 293 2。972 8/16 331209.501411300012原地面标高平均1200.00861:2灰渣75421204.501203.001:21:110101:21204.00原坝体212019131211641210.003000120181716159510001208.003000土坝 图 4-3 下游坡稳定计算土层划分图 9/16 瑞典法:Fmin=1.307毕肖普法:Fmin=1.386R18.512原地面标高平均1200.003灰渣141:2131148105300041:1261203

13、.001:21:2原坝体1208.001118171615910003000土坝71204.501204.001209.502120191210.00300012001 图 44 下游坡最危险滑弧图10/16 4.5 计算成果分析 按照火力发电厂设计技术规程（D50009），级土石坝坝坡抗滑稳定最小安全系数值下游坡为.15（基本情况）和10(特殊情况）。计算结果表明，灰坝断面在水位为209。50m 时,下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。五、泄水建筑物 原灰场利用排水井排除灰水。随着灰水面的升高,原排水井的高程不满足要求,需要加高。同时,由于在灰库内加高，排水井位置需向灰库内移动50m。本次

14、加高灰坝，仍然采用排水井，其结构形式与原来一致.同时，利用管道将本次新建的排水井与原排水井相连，并对原排水井冲洗，保证排水通畅。六、坝基承载能力校核与坝基沉降变形的计算 6。坝基承载能力的校核 坝基粉煤灰的抗剪强度参数为：30，C=10KP。根据规范及有关公式可估算坝基的承载力。1。利用太沙基公式计算 2/BNDcNPBcv 对于本工程,D=，因=0,查表得 NC=30,NB=18,则：Pv1030+21312.9=648。3kPa 648.3Pa 是极限承载力，如取安全系数为,则容许承载力为 216.1Pa。坝基的实际最大压应力为.1kP,因此,坝基是足够安全的。2.按规范推荐的公式计算 根

15、据国家标准“建筑地基基础设计规范GBJ789推荐的公式:fVMb+MdR0d+McC 对于本工程，=0,因30，查表得b=1.9,M0795，则 fV=.14。67.10=1627KPa 2。7KPa 为规范根据土的抗剪强度确定的地基承载力设计值.本坝基最大的压应力 P=46。4kPa，远小于坝基承载力的设计值，因此是安全的.11/16 6 坝基沉陷变形的计算 根据设计剖面,取计算剖面简图如图1.原地面标高1:11:1500500灰渣二次填充土坝1204.505001:2300012010005002500原灰固化灰土工布1209.5010001206.50固化灰5001:0.51:0.580

16、01300ABMCD1200.00 图 6-1 沉降计算简图。1 施工期沉降计算(1）坝轴线 M 点下垂直剖面 先计算基底压力：KPa41.46173.151334.15）（固固粉粉hhP.该剖面坝基粉煤灰厚度有6.m，不同深度的附加应力见表6。表1 M 点下坝基内的附加应力 条形荷载（/=05）三角形荷载（x/b1。2)Z=1x2（K）Z（）/b KZ x（a）Z（m)/T x2(pa）1。5 0。0。81 801 15 0.25 072 3.34 4.6 1 9 2548 05 0。157 7.29 40。6。5 2.2 0.8 12.4 6.5。1 018 8.29。1（）点下垂直剖面

17、该剖面粉煤灰层厚 6。5米，其不同深度的附加应力见表62。表 6-2 A 点下坝基内的附加应力 12/16 条形荷载（x/=0)三角形荷载（x/b)Z=x1x(a)Z（m)Z/b KZ x1(Kpa）Z(）Z/b T x2（Kpa).5 0。5 0.79 2.23。5 0。25.423 19.4 4。87 1 0.9 18。98 3 0。5。34 1。43 35.1 6。5 2。2。251 11。5 6 1.026 1。95 2。6(）点垂直剖面 该剖面粉煤灰层厚 6米,其不同深度的附加应力见表-。表 B 点下坝基内的附加应力 条形荷载（x/=1)三角形荷载（x/b1）=xx2（Pa)(m)/

18、b KZ x1（Kpa)Z(m)Zb KZT 2（Kpa)。5。5 0。49.23 15 0。25 0。4 164 418 1。409 18。98 3 0 0.354 1。43 35。41 65 2.2 0.251。65 6 1。26 10。5 22.6（4)点垂直剖面 该剖面粉煤灰层厚。米,其不同深度的附加应力见表-4。表 C 点下坝基内的附加应力 深度 Z（)Zb KZ Z(Ka)1。5 0.2.57 93 3 0.5 0.61 121 6。5 11 0.214 9。93(5)D点下垂直剖面 该剖面粉煤灰层厚.米，其附加应力见表 65。表5 D 点下剖面地基附加应力 深度(m)Z/b K（

19、Ka）1。5 0.2 0.049。27 3 0.5.07。53.5 11 0。156 2 2、沉降变形的计算 13/16 采用平均附加压力法,沉陷量用下式计算:iSiZiniShEmS1 1，据国内几个灰库粉煤灰的试验资料，取 S=6.712.132。（1)M 点的下沉陷量 M 点下坝基粉煤灰层厚。5米,其沉陷量计算结果见表 66。表 M 点坝基沉陷的计算 深度 Z（m)附加应力 z(Pa)附加应力平均值 ep（KPa）沉陷量 Si（cm)ES=。8 Mpa=122 a.5 4。9 5.5 11 56 4006 2。0。9.2。9.4 34.60 9 1.00 iSS 37 08（2)A点下沉

20、陷量 点下坝基粉煤灰层厚 6。5米，其沉陷量计算结果见表-7。表-7 A 点地基沉陷量的计算 深度 Z（m）附加应力 z(Pa）附加应力平均值（KPa）沉陷量 i（cm)S=。78 Ma S=.132 Mpa.5 41。87 44。14 9 0。55 3 35.41 384 0。8 0。8 6。5 2260 201 1。0 0 iSS 3。3 1.7（3）点坝基沉陷量 B点下坝基粉煤灰层厚 6。5 米,其沉陷量计算结果见表 6。表 68 B 点坝基沉陷的计算 深度 Z（m)附加应力 z（KPa)附加应力平均值 p(KPa)沉陷量 i（m）E=6。78 Ma ES=.132 p 1。5 41.8

21、7 44.14。8 0.5 3 341 386 0.85 0.6.5 2260 29。01 150 0。8 iSS 3。3 1。7（)C 点坝基沉陷量 C 点下坝基粉煤灰层厚5 米,其沉陷量计算结果见表 6-9。表 69 C 点坝基沉陷的计算 深度 附加应力 附加应力平均值 沉陷量 S（cm）14/16 Z（m）（KPa）(KPa)ES=6.Mpa=12.12 Mp。5 11.9 1。80.3 020 1211 20 0.7 15 6.993 102 0.7 03 iSS 119。67（）点坝基沉陷量 D点下坝基粉煤灰层厚.5 米,其沉陷量计算结果见表 60。表 610 点坝基沉陷的计算 深度

22、(m）附加应力 z（Pa）附加应力平均值 ep(Ka)沉陷量 Si(c)E6.78 Ma ES=12.132 Mpa。5 2。7 1。14.03 0。3 35 2。9 0.6 6.5 7。4 59 0.0.16 iSS 3 021 综上计算可知，上游坝脚地基沉陷是很小的，约 0。20.4.子坝中间条形荷载地基沉陷基本是均匀的。整个地基最大沉陷差约 3cm,因此不存在明显的部均匀沉陷问题,子坝整体是安全的。灰坝运行后期沉降量计算 当灰场运行到限制堆灰高程(12090m 高程)后，上述、A、B 的沉降值不能太大,为此进行了校核。先计算基底压力，KPahP35.3850.120600.120934.

23、15）（灰灰、附加应力的计算 （1）堆灰引起的 D点下坝基内的附加应力 该剖面粉煤灰层厚.5 米,x/b=1。.其附加应力见表11。表 6-堆灰引起的 D 点下剖面地基附加应力 深度 Z(m）Zb ZT Z（Kpa)4 08 085 0。9 5 1 0.236 9.05 9 1。8 0。164 6。2（）堆灰引起的 A点下坝基内的附加应力 该剖面粉煤灰层厚.米，x/b=0。.其附加应力见表 62。表-1 堆灰引起的 A点下剖面地基附加应力 深度 Z(m）Z ZT Z（Kpa)4 08 0 0。5 1 0.18 45 15/16 9 1.8 0123 4。7（）堆灰引起的点下坝基内的附加应力 该

24、剖面粉煤灰层厚 6。米,xb=0.8。其附加应力见表 613。表 613 堆灰引起的点下剖面地基附加应力 深度(m）Z/b ZT（pa）4 0.0 0 5.5 11。0.1。8 08 22、堆灰后沉降变形的计算（1）堆灰后 D 点沉降变形计算结果见表 614.表 64 堆灰后 D 点坝基沉陷的计算 深度 Z（)附加应力 z(KP）附加应力平均值 p（KPa)沉陷量 Si（m）堆灰前、后 总沉陷量 Si(cm）ES=6。78 ES=12。12pa ES=6.78Mp ES=12。1Ma 1.5 103 24。6 0.55 03 0。5 0.31 3.0 99 0.22 0.12 0.2 06.5

25、。7。6 0。0 22 0.68 0。38 iSS 117 0。64 1.4 0。85(）堆灰后 A 点沉降变形计算结果见表 6。表 65 堆灰后 A 点坝基沉陷的计算 深度 Z(m）附加应力（Kpa）附加应力平均值 e（KPa）沉陷量 Si(c）堆灰前、后 总沉陷量 Si（cm）ES=678pa S12.32Ma ES6.78Mpa E=12。132pa 5 0 19。8。4 0。24 1。9 3 43 2。7 00 0。0 09 .5 4。7 4。6 024。13.7 97 iSS 071 0.40 404 2。27()堆灰后 B点沉降变形计算结果见表 61。表 6 堆灰后 B 点坝基沉陷

26、的计算 深度 Z（m）附加应力 z(Kp）附加应力平均值 ep（KPa）沉陷量 S(cm）堆灰前、后 总沉陷量 Si(m)S=678Mpa ES=12.12Mpa S=6。78Mpa ES=12.3M 5 0 19。1 0.42.4 1。40。79 3 0。65 0。.01 086 0。48 6。5 222.44 007 0。4.57.88 iSS 50 028 83 2.15 经计算，D 点附加沉降值 0.4 1.17cm,A 点附加沉降值 0。40。71c，点附加沉降值28 0.50cm,故 D 点累加沉降值为 0.85 16/16 4c,A 点累加沉降值为.7 404m,B 点累加沉降值为。3.8cm.D、A、B间最大不均匀沉陷差为 3cm，沉陷差值仍然较小。