黄家寨水电站拱坝肩稳定性分析

王国香

（贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳 550002）



黄家寨水电站拱坝肩稳定性分析

王国香

（贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳 550002）

【摘 要】黄家寨水电站坝址区河谷狭窄，岩层层面较发育，特别是右坝肩溶蚀裂隙发育，工程地质条件对坝肩稳定极为不利。为确保拱坝肩安全，本文采用刚体极限平衡法对左、右岸坝肩进行了抗滑稳定计算，为拱坝体形设计及坝肩处理提供了决策依据。

【关键词】黄家寨水电站；拱坝肩；稳定分析

1　工程概况

黄家寨水电站位于贵州省水城县猴场乡古牛河上，是古流河干流规划的第七个梯级电站，距猴场乡30km，距水城县城85km。水库总库容532万m3，正常蓄水位851. 00m，电站装机容量2×5MW，多年平均发电量4078万kW·h。大坝为外掺MgO混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程855. 00m，最大坝高69m，最大底厚12m，拱坝厚高比0. 17。工程为Ⅳ等小（1）型工程，大坝为4级建筑物。

2　坝址区地形地质条件

坝址位于黄家寨峡谷出口河段，坝址河段河道较平直，两岸地形呈基本对称的“V”形顺向谷，河谷狭窄，两岸基岩裸露，坝址区河流方向为S35～40°E，河床高程793. 80～797. 00m，河床宽20～30m，水深0. 5～2. 0m（见图1）。坝址区地层为石炭系中统黄龙群第一段（C2hn1）深灰色薄层、中厚层灰岩，偶夹少量燧石团块、方解石透镜体和极少量薄层泥灰岩，为强岩溶地层，溶洞、溶蚀裂隙等发育［1］。

图1　坝址区地质剖面

2. 1左坝肩地形及地质条件

左岸坡810. 00m以上高程地形略向山体内凹陷，下游外侧山体略显单薄，岩层产状为N7°E／NW ∠60°，岩层走向与河流流向交角42°，左坝肩主要发育三组裂隙：ⓐ产状N45°～55°W／SW∠25°～35°，宽20～50cm，局部钙质充填，延伸长5～10m；ⓑ产状N15°～20°W／NE∠20°～35°，宽0. 5～5. 0m，充填黏土，局部无充填；ⓒ产状N40°～70°W／NW∠30°～55°，宽2～15cm，充填黏土、岩屑和少量植物根系。岩层面与第ⓐ组卸荷裂隙组合对坝肩抗滑稳定不利，可能沿岩层面滑动；据平硐及钻孔岩芯揭露，岩芯采取率高且RQD值较大，坝址区弱风化岩石层面结合较好，据平硐资料反应左岸卸荷带水平宽约6～8m，平硐内卸荷裂隙多为泥质、方解石充填，平硐深大于10m后裂隙多闭合或方解石脉胶结，且裂隙连通性较差，连通率低（30%～35%），卸荷裂隙与岩层面的组合影响坝肩抗滑稳定。

2. 2右坝肩地形及地质条件

右岸坡地形陡峭，830. 00m高程以下为陡壁，局部成倒悬地形，830. 00m高程以上地形稍缓，自然坡度55°～65°，岩层产状为N8°W／SW∠51°，岩层走向线与河流延伸线交角30°～48°，为斜向谷，岩石为中硬岩，强度较高，岩体较完整，为薄层、中厚层状结构，主要发育三组裂隙：ⓐ产状N54°～75°E／SE ∠60°～80°，裂隙面微张开，充填少量泥质，起伏稍粗糙；ⓑ产状N65°～75°W／SW∠65°～72°，裂隙面微张，充填泥质、岩屑，起伏粗糙；ⓒ产状N35°～45° W／NE∠38°～50°，裂隙张开，无充填，起伏稍粗糙。层面与ⓒ组合、ⓐ与ⓒ组合对坝肩不利。另据平硐资料反应，右岸卸荷带水平宽约7～9m，平硐内卸荷裂隙多为泥质、岩屑充填，平硐深大于12m后裂隙多闭合或方解石脉胶结，且裂隙连通性较差，连通率低（30%～35%），钻孔岩芯RQD值大于65%，不利结构面组合影响坝肩的抗滑稳定。

3　坝肩稳定性分析

在某一高程截取单位高度ΔZ＝1m作为计算单元，按平面分层稳定［2］核算坝肩岩体稳定。

3. 1计算方法与假定拱坝稳定计算采取“刚体极限平衡法”［3］计算拱坝分层稳定。为简化计算，假定如下：ⓐ将滑移的各岩体视为刚性体，不考虑其中各部分的相对位移；ⓑ忽略拱坝的内力重分布作用，认为拱端作用在岩体上的力系为定值；ⓒ假定岩层面即为可能的侧滑面，计算时侧滑面参数取岩层层面参数［4］；ⓓ坝址处发育数组缓倾角裂隙，缓倾裂隙面视同底滑面。

3. 2计算公式

坝肩抗滑稳定计算公式为：

式中 Nl——侧面上的有效正压力；

Nb——底面上的有效正压力；

P——对应单高拱圈拱端基础面全部大坝传力的水平分量；

δ——侧向滑移面的倾角；

fl，fb——侧向和底部可能滑移面上的摩擦系数；

cl，cb——侧面和底部可能滑移面上的黏聚力；

l——可能滑移体的长度；

ΔA1——侧滑面面积增量。

3. 3稳定计算成果与分析

3. 3. 1坝肩内力计算

拱坝肩内力采用程序ADASO计算，共考虑了四种工况，即三种基本组合和一种特殊组合，由于三种基本组合内力相差甚微，故在拱坝肩稳定计算中，只计算了“正常＋温降”基本组合和“校核＋温升”特殊组合两种工况［5］。计算成果见表1。

表1　拱坝坝肩内力计算成果　单位：10kN

3. 3. 2滑移面的选择

根据拱坝各高程平面图（见图2），左坝肩：以岩层层面N7°E／NW∠60°为侧向滑裂面（岩层倾向河床），缓倾裂隙面N45°～55°W／SW∠25°～35°为底裂面，地表作为临空面；右坝肩：以岩层层面N8°W／SW∠51°为侧向滑裂面（岩层倾向山内），缓倾裂隙面N35°～55°W／NE∠38°～50°为底裂面，地表作为临空面。

3. 3. 3地质参数取值

根据地质勘探成果，以及坝肩开挖揭露的地质情况，并参照类似工程，相关地质参数取值：左岸、右岸f1＝0. 45；左岸、右岸fb＝0. 45；左岸、右岸c1＝0. 15MPa；左岸、右岸cb＝0. 15MPa。工程对坝肩基岩进行了固结和帷幕灌浆，取渗透压力折减系数α1＝0. 5。

图2　拱坝坝肩稳定计算模型

3. 3. 4稳定计算成果

按照《混凝土拱坝设计规范》（SL 282—2003）规定，黄家寨水电站大坝为4级建筑物，抗滑稳定安全系数：正常工况为3. 00，特殊工况下为2. 50。通过计算，左、右坝肩正常工况最小安全系数为3. 30，特殊工况最小安全系数为3. 37，均大于规范要求（见表2）。

表2　坝肩抗滑稳定安全系数成果

4　结 论

黄家寨水电站为混凝土抛物线双曲拱坝，坝肩的抗滑稳定将影响拱坝的布置及体型的设计。采用刚体极限平衡法对坝肩抗滑稳定进行了计算，计算表明坝肩是稳定的，安全系数高于规范值。

为确保拱坝安全，一是优化大坝体型设计，选用抛物线拱，使拱端推力尽可能垂直于岸坡；二是增加坝肩嵌岩深度，将坝肩开挖到弱风化基岩；三是加强对坝肩裂隙的冲洗，并采用帷幕灌浆对坝肩基础进行加固，提高地基整体强度和减少渗透压力；四是在拱坝左、右坝肩下游设置锚杆支护和C20混凝土重力墩。

采取工程措施后，大坝已于2015年10月完工，11月通过蓄水安全鉴定。■

参考文献

［1］ 周连海，熊伟.黄家寨水电站不良地质对枢纽设计方案比选的影响［J］.贵州水力发电，2010（5）：16-19.

［2］ 徐江燕.方竹水电站拱坝坝肩稳定分析［J］.小水电，2013（2）：17-19，23.

［3］ 戴年粉.团坡水电站坝址右岸边坡稳定性分析及支护处理［J］.中国水能及电气化，2014（2）：61-65.

［4］ 李敏，陈崇潮，娄绍撑.顺溪水库坝肩断层处理措施［J］.中国水能及电气化，2015（5）：25-28.

［5］ 陈映.潭角水库埋石混凝土双曲拱坝布置及应力和稳定分析［J］.水利建设与管理，2005（4）：19-21.基弹模发生变化，两种情况有相同的变形规律，即随着材料弹模减小，坝体水平和竖向位移都增大，在两种情况下，坝踵处都有拉应力产生。

Analysis on arch dam abutment stability in Huangjiazhai HydroPoWer Station

WANG Guoxiang
（Guizhou Zhongshui Vonstruction Management Vo.，Ltd.，Guiyang，550002，Vhina）

Abstract：Huangjiazhai Hydropower Station dam site area has narrow valley and more developed rock layer. The engineering geological conditions are not beneficial for dam abutment stability especially the fissures are developed in right arch dam abutment. In the paper，rigid body limit equilibrium method is adopted for anti-sliding stability calculation on the left and right bank abutments in order to ensure the safety of arch dam abutment，thereby providing decision-making basis for arch dam shape design and abutment treatment.

Key Words：Huangjiazhai Hydropower Station；arch dam abutment；stability analysis

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.017

中图分类号：TV642. 4＋5

文献标识码：B

文章编号：1673-8241（2016）02-0058-04