BLKQY水库大坝结构安全分析与评价

陕西水利

ShaanxiWaterResourcesNo.4April，2019BLKQY水库大坝结构安全分析与评价陆

杨

新疆乌鲁木齐830000）（新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，

［摘护坡板厚复核，以及运用SATB计算要］根据新疆BLKQY水库运行现状，通过坝顶高程复核，

结果表明：坝顶高程满足规范要求；程序对大坝边坡安全系数的计算，对水库的大坝结构安全分析与评价。空库和正常蓄水位遇地震三种工况下，坝体根据坝坡稳定复核计算，水库大坝在正常蓄水位稳定渗流期、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范允许值；故大坝结构安全，运行条的上、护坡板厚度符合计算要求。件良好。

抗滑稳定；护坡板厚度［关键词］中小型水库；坝顶超高复核；［中图分类号］TV641.2+2［文献标识码］B

BLKQY水库座落于新疆喀什地区叶城县加依提勒克乡7村东部，距县城约12.0km。水库始建于1958年，正常蓄水位1300.5m，相应库容为295万m3，是一座以灌溉为主的工程等别为Ⅳ级，注入式平原水库，工程规模为小型(I)等工总长1503.175m，程。该水库大坝为均质土坝，设计坝顶宽4.0m，坝顶高程1302m，最大坝高9.6m。水库大坝由于建设年代较早，且没有正规的实际施工资料，工程设计标准较低。于2009年7月进行除险加固，针对于坝顶安全超高和加宽处理；对坝体和坝基采坝顶宽度不足的坝段进行加高、

延长渗径，保证坝体、坝基的取防渗措施，以减小大坝渗漏、渗透稳定性。本文针对水库除险加固后大坝结构安全进行分析与评价。

速，m/s；阅为风区长度，m；H皂为水域平均水深，ｍ；早取即9.81m/s2。设计情况采用多年平均最大风速1.5倍，风速修正系数17.94m/s，校核情况采用多年平均最大风速，取1.0[1]。1.2

坝顶超高计算

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL189-2013）的规定，坝顶超高值按下式计算：

Y越R+A

（3）

式中：Y为坝顶超高，m；R为波浪爬高，m；A为安全加高，m。

本工程大坝级别为4级，正常运用情况A＝0.5m；非常运用情况A＝0.3m。

本工程大坝级别为4设计波浪爬高值根据工程等级确定，级采用累积频率为5%的爬高值R5％[1]。

地震涌浪高度可根据设计烈度和坝前水深，本工程地震基本烈度为7度，最大坝高6.0m，根据规范取地震涌浪超高的小值0.5m。BLKQY水库地震烈度为7度，最大坝高仅为9.6m，地震坝顶沉陷取0.1m。

综上所述，地震安全超高=地震涌浪高度+地震坝顶沉陷=0.6m。

故不存由于该水库为无防洪要求的引水注入式平原水库，在设计洪水位和校核洪水位，本次坝顶超高复核的计算工况取

1

1.1

大坝坝顶超高复核

计算公式

BLKQY水库工程等别为Ⅳ级，大坝等主要建筑物为4级，

正常蓄水位1300.50m，库区多年平均最大风速为11.96m/s，根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL189-2013）中的莆田试验站公式计算的平均波高和平均波周期：

ghmW

2

=0.13th0.7

蓘蓸蔀蓡gHmW

2

0.7

gD0.00182Wth

gHm

0.13th0.72

W

Tm=4.438hm0.5

扇设设设设设设缮设设设设设设墒

蓘蓸蔀蓸蔀0.45

0.7蓡伤设设设设设设商设设设设设设赏

（1）

两种[2]：

工况1：正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高；再加地震工况2：正常蓄水位加非常运用条件下的超高，安全加高。

BLKQY水库坝顶安全高程计算值见表1。

（2）

式中：hm为平均波高，m；Tm为平均波周期，m/s；W为计算风［收稿日期］2019-02-08

（1987-）［作者简介］陆杨，女，湖南武冈人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

·27·

第4期2019年4月表1

陕西水利

ShaanxiWaterResources叶城县BLKQY水库坝顶安全高程计算表

No.4April，2019坝段运用条件风速吹程波高周期W(m/s)D(m)hm(m)Tm(m/s)主坝正常运用(2)17.9410000.262.27非常运用(4)11.9610000.171.83西副坝正常运用(2)17.947000.232.11非常运用(4)11.967000.151.7东副坝

正常运用(2)17.946300.222.06非常运用(4)

11.96

630

0.14

1.66

根据计算，确定坝顶高程为1301.988m。大坝现状整体设计高程为1302.000m，满足设计及规范要求。

2

大坝抗滑稳定分析

2.1

计算断面

坝坡静力抗滑稳定计算断面选取大坝最大断面西0+300

断面进行计算。计算断面可简化成3个区：①坝基覆盖层；②除险加固前坝体填筑土料；③除险加固后培厚加高坝体填筑土料。

大坝坝坡抗滑稳定计算简图见图1。

图1

大坝坝坡抗滑稳定计算简图

2.2

计算方法和原理

采用北京中国水利水电科学研究院出版的

《土质边坡稳定分析程序》（STAB简化版Version2005）进行计算[3]。计算方法采用简化毕肖普法，地震情况采用拟静力法。计算原理为极限平衡分析方法，用总应力法和有效应力法分析圆弧滑裂面时，都假定：

1）土坝坝体内只有垂直应力，此力等于其上土柱的重量，不计水平应力和剪应力。

2）滑弧内的土体认为类似刚性体，

绕滑弧圆心旋转而坍滑。3）土体可以分为单独的土条，其重量可分为作用于滑面的法向分力及切向分力。

4）土条间的侧压力视作内力，互相抵消。2.3

计算工况

水库受放水流量和大坝防渗型式限制，不存在水位骤降问题[4]。所以只计算坝体标准剖面以下情况，复核土石坝的稳定。

1）正常蓄水位时稳定渗流期上、下游坝坡；2）空库工况上、

下游坝坡；3）正常蓄水位时稳定渗流期遇地震上、下游坝坡。2.4

计算参数

根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2015（1/400万），

·28·

波长爬高超高地震超高坝超高坝顶高程Lm(m)R(m)A(m)(m)Y(m)(m)7.990.980.501.481301.985.210.590.30.61.4881301.9886.930.940.501.441301.944.490.540.30.61.4411301.9416.630.90.501.3991301.8994.29

0.52

0.3

0.6

1.417

1301.917

本区50年超越概率10%的地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期为0.4s，地震基本烈度为Ⅶ度。故本次分析计算按地震烈度Ⅶ度进行复核。

计算分析的物理力学指标根据地质试验资料结果确定，BLKQY水库①号坝基覆盖层土料内摩擦角29°，粘聚力12kPa，天然容重14.9kN/m3，饱和容重19.3kN/m3。②号除险加固前原坝体填筑土料内摩擦角27°，粘聚力2kPa，天然容重13.1kN/m3，饱和容重18.2kN/m3。③号除险加固后培厚加高坝体填筑土料内摩擦角32°，粘聚力2.0kPa，天然容重16kN/m3，饱和容重18.6kN/m3。2.5

计算结果坝坡稳定见表2。

表2

大坝抗滑稳定计算成果表

工况上游坝坡下游坝坡坝坡稳定允许最小安全系数

正常蓄水位

稳定渗流2.6651.391.25空库工况

1.7111.4331.15正常蓄水位

遇地震

2.181

1.249

1.1

从表2可看出，经过计算在正常蓄水位稳定渗流期、空库工况和正常蓄水位遇地震三种工况下大坝上下游坝坡抗滑稳定安全系数均小于规范值。

抗滑稳定计算成果图见图2～图4。图2正常蓄水位稳定渗流期坝坡抗滑稳定计算成果图

图3空库工况大坝坝坡抗滑稳定计算成果图

（下转第31页）

第4期2019年4月陕西水利

ShaanxiWaterResourcesNo.4April，2019两者误差皆超逸点高度和堤身单宽渗流量数值差异较大，

过20％。两者之所以出现差异，其原因是竖直坡面法是将竖直的堤坡面来代替实际的倾斜的堤坡面，存在一定差异。

竖直坡面法）计算（2）由有限元法和水力学法（楔形体法、结果可知，有限元法和水力学法计算所得的浸润线变化趋势是相同的，但有限元法所得浸润线稍高。下游侧堤坡出逸坡降值差异较大，两者误差达12％，且下游侧堤坡出逸点高度和堤两者误差皆超过50％。身单宽渗流量数值差异大，两种方法所得结果之所以出现差异，其原因是有限元法考虑了渗流边界条件和堤身、堤基材料特性，但水力学法基本假定是堤内的浸润线的位置不取决于土料的种类，而是取决于堤身横断面的几何尺寸。

假定是堤内的浸润线的位置不取决于土料的种类，而是取与实际情况存在决于堤身横断面的几何尺寸，存在局限性，差异。

在水力学法计算的基（2）建议堤防实际工程渗透计算中，确保计算础上，同时采用有限元进行数值模拟对比分析研究，的准确性。

参考文献

[1]顾慰慈主编.堤防工程设计计算[M].北京:中国水利水电出版社,2012.[2]程斌,卢靖.基于GeoStudio的边坡渗流场与应力场耦合分析[J].山西建筑,2010,36(3):146-147.

[3]李飞.GeoStudio在水闸渗流计算中的应用[J].广东水利水电,2014(8):21-23.

[4]李玉起,黄志全,王凤群.GeoStudio软件在堤防边坡稳定计算中的应用[J].东北水利水电,2007，25(271):3-5.

[5]林悦奇.Geostudio软件在土坝渗流稳定分析中的应用[J].水利规划与设计,2018(3):154-157.

[6]王峻岭,杨利乐.基于Geostudio的黄河大堤渗流稳定性分析[J].中国水运,2008(8):162-164.

4结论

（1）有限元法和水力学法计算所得的浸润线变化趋势是

出逸坡降及浸润线较水相同的，但有限元法计算出渗流量、力学法计算结果偏大和偏高，分析主要是由于有限元法考虑了渗流边界条件和堤身、堤基材料特性，但水力学法基本（上接第28页）

根据计算结果，混凝土板在浮力作用下稳定的护坡板厚度计算值为8.8cm，现在混凝土护坡厚度为15cm，满足规范要求。

4结语

通过上述计算可结合现场检查及目前大坝实际运行情况，

水库大坝得：坝顶高程满足规范要求；根据坝坡稳定复核计算，

图4

正常蓄水位稳定渗流期遇地震

在正常蓄水位稳定渗流期、空库和正常蓄水位遇地震三种工况下，坝体的上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范允许值；运行条护坡板厚度符合计算要求。从而可认为大坝结构安全，件良好，依据《水库大坝安全评价导则》BLKQY水库大坝应评定为B级[6]。

参考文献

[1]SL189-2013，小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]张之成.水库坝顶高程计算示例剖析[J].黑龙江水利科技，2011（6）：74-75.

苏怀智，陈波.水工结构工程分析计算方法回眸与[3]吴中如，顾冲时，发展[J].河海大学学报，2015（5）：365-403.

[4]曾令炜.水库大坝坝坡稳定分析及探讨[J].中国水运，2015（4）：

163-164.

[5]SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

m2.5

大坝坝坡抗滑稳定计算成果图

3护坡板厚度复核

（SL274-2001）的规定，根据《碾压式土石坝设计规范》

对具有明缝的混凝土或钢筋混凝土护坡，当坝坡坡度系数m=2~5时，板在浮力作用下稳定的护坡板厚度可按下式计算[5]：

t=0.07浊hp3

姨Lm籽w姨m2+1b籽c-籽wm（4）

式中：浊为系数，对整体式大块板取1.0，对装配式面板取1.1；hp为累计频率为1%的波高，m；b为沿坝坡向板长，m；籽c为板的密度，t/m3。

计算断面采用最大坝高桩号西0+300断面处波长及波高，计算结果见表3。

表3

浊1

护坡板厚度计算结果表

（tm）

0.088

33

L（）h（）籽（籽（（m）mmpmct/m）wt/m）b

[6]SL258-2000，水库大坝安全导则[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

11.0041.062.413

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