强降雨条件下贮灰坝稳定性模拟研究

王明斌 吴勇 梁洪

Simulation Study on Stability of Ash Storage Dam under Heavy Rainfall Conditions

摘要： 贮灰坝是火电厂的重要构筑物，主要以筑坝的方式贮放粉煤灰渣。粉煤灰渣具有较好的渗透性，因此在贮灰坝建设和运行中水是贮灰坝最大的安全隐患。文章主要模拟强降雨条件下贮灰坝的稳定性，研究了降雨持时对贮灰坝稳定性的影响。

Abstract： The ash storage dam is an important structure of the thermal power plant and it mainly stores fly ash slag in the form of dams. Fly ash slag has good permeability， so water is the biggest potential safety hazard of ash storage dam in the construction and operation. The article mainly simulates the stability of ash storage dams under heavy rainfall conditions， and studies the effect of rainfall duration on the stability of ash storage dam.

关键词： 贮灰坝；降雨持时；数值模拟

Key words： ash storage dam；rainfall duration；numerical simulation

中图分类号：TV64 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0099-02

0 引言

降雨是贮灰坝失稳的重要诱因，这类灾害常会造成重大的人员伤亡与财产损失，因此如何减少溃坝灾害对社会的危害，一直是世界各國政府所关心的重要议题。在大气降雨时，雨水入渗使土体饱和度增加、吸力锐减，并引起抗剪强度大幅度下降，所以当强降雨持续超过某种限度时，雨水入渗达到一定深度，则可导致灰坝失稳而发生溃坝灾害。因此，研究降雨对贮灰坝稳定性的影响以及准确预报事故发生的可能性，是当前亟待解决的一个复杂工程问题，具有重要的学术意义与实用价值。笔者在前人研究的基础上，首先在研究区进行实地勘察及室内试验研究，得到贮灰坝的物理力学指标；然后，借助 MIDAS/GTS大型岩土有限元分析软件，对强降雨条件的贮灰坝进行了稳定性模拟，研究了降雨持时对贮灰坝稳定性的影响。

1 研究区概况

娃娃沟灰场属于山谷型贮灰坝，初期坝为堆石棱体坝位置位于娃娃沟中部的狭窄段，距沟尾约1100m。棱体顶标高暂拟定为510.0m，坝轴线长约80m，最大高度约19m。棱体上、下游边坡均为1：1.8，上游坡面设500g/m2土工布过滤层，上、下游边坡均设干砌块石护坡。初期堆石棱体清基后置于基岩上。初期坝之后已进行了一、二、三、四级子坝的加高，各级子坝坝高均为10m。上游坡比均为1：3，下游坡比均为 1：4。目前贮灰场已堆灰至550m，坝体长为 120m，全库容为 750 万m3。贮灰场剖面图如图1所示。

场区所在地区属亚热带湿润季风气候区。夏季雨量充沛，时空分布不均，冬季雨量较少，常出现冬春干旱，夏秋洪涝现象。多年平均气温17.6℃，最高气温40.0℃，最低气温-1.9℃。多年平均总降水量1171.0mm，最大日降水量为 407mm。雨季一般始于4月下旬，到10月上旬结束，4～10 月份的降水量约占全年降水量的 83.8%，其特点是雨量集中且多暴雨。

2 计算模型及计算参数的选取

参照实际情况，选取贮灰场剖面作为贮灰坝几何计算模型，整个灰坝由粉煤灰碾压组成，且各向同性；计算剖面左右两端边界的初始地下水位面分别为0.5m 和0.2m，将其作为渗流的初始水位条件。灰坝降雨模型见图2。

岩土体强度参数采用原状土样试验结果的平均值，计算参数值的选取见表1。

根据统计的降雨资料，本次假定降雨强度为408mm/d的极端天气下降雨持时分别为6h、12h、18h、24h的4种降雨情况进行数值模拟。

3 降雨作用下的模拟计算结果及分析

分析结果如以图3～图7所示，无降雨情况下的孔隙水压力分布见图3，降雨6h、12h、18h、24h后的孔隙水压力分布图见图4～图7。综上，降雨6小时后初期坝表面开始形成饱和区，降雨12小时后一级子坝表面开始形成饱和区，降雨18小时后二级子坝表面开始形成饱和区，降雨24小时后整个贮灰坝表面开始形成饱和区，并且初期坝接近30%处于饱和状态。

4 结论与建议

本文应用MIDAS/GTS有限元软件探讨了降雨入渗过程中贮灰坝孔隙水压力的变化情况，并进行了模拟计算和分析，得出以下结论：随着降雨时间的增长，贮灰坝逐渐形成饱和区，对贮灰坝的安全运行带来隐患。为了贮灰坝的安全运行，建议增加防洪排洪措施，应在汛期加强巡视，对降雨期间贮灰坝形成的饱和区及时进行疏导。

参考文献：

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