桐梓水库混凝土重力坝抗滑稳定计算分析

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)

1 工程概况

桐梓水库混凝土重力坝为常态混凝土重力坝，坝顶高程453.80m，宽8.0m，坝轴线长170.0m，其中溢流坝段长40.00m，非溢流坝段长130.00m。

2 坝基面抗滑稳定及应力计算分析

该重力坝河床段及左坝肩段坝基为溜状泥质灰岩，仅右坝肩部分为页岩、粉砂夹泥页岩，坝基岩体质量大部分B Ⅳ类，少量C Ⅳ类，坝基岩体质量较好[1]，本文选取溢流坝段、左岸坡非溢流坝段、右岸坡页岩地基段三个断面为研究对象，拟采用抗剪断公式分别进行正常蓄水情况、设计洪水位、校核洪水位[2]三种不同荷载组合情况的坝基面滑动稳定进行了简要的计算分析。计算简图如图1所示。

图1 坝基面抗滑稳定及应力计算简图

抗剪断计算公式如下：

式中：K′——按照抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数。

垂直正应力计算公式如下：

式中：σy——坝基面垂直正应力，kPa。

大坝建基面稳定安全系数及坝踵、坝趾地基应力计算结果见表1和表2。

表1建基面抗滑稳定安全系数

表2坝基面垂直正应力(拉应力为负)

从以上两个表中的结果可以看出，该重力坝坝基面的抗滑稳定安全系数在各种工况下均满足规定的最小安全系数要求；坝基面上的最大垂直正应力小于砌体容许压应力和地基承载力，最小垂直正应力为压应力；运行期坝踵没有出现拉应力，施工期坝趾也未出现拉应力，符合规范要求。

3 深层抗滑稳定计算

3.1 坝基地质条件

坝基岩体中发育的顺层倾向上游的岩屑夹泥型软弱夹层Rx④-3，位于重力坝坝基中，与倾向下游的L1-L3裂隙组合构成楔形岩体(见图2)。

图2 坝基稳定分析

坝址下游附近无深潭、深沟分布，坝址下游不存在自然陡立临空面，从偏安全的角度考虑，本文根据各类结构面的抗剪断强度指标进行抗滑稳定性验算，为重力坝坝体优化及坝基工程处理措施提供可靠的依据。

3.2 坝基深层抗滑稳定分析

本工程大坝地基稳定分析主要是对软弱夹层Rx④-3和节理裂隙L3组成的楔形体ABC进行分析计算，来判定坝体是否会沿BC方向滑动失稳。计算分析简图见图3。

图3 大坝坝基深层抗滑稳定计算简化

因为坝基混凝土和岩基面抗滑稳定计算满足规范要求，所以坝体和ABC岩体构成刚体，只能做整体运动。若坝体及ABC岩体沿BC方向滑动，则可假设AB面为临空面，AB面上游侧的基岩不会对ABC岩体提供反力，刚体承受的荷载只有坝前水压力P、坝体自重G1、G2，岩体自重W、岩基面扬压力U1及U2，以上荷载沿BC方向上的分力∑FBC须大于沿CB方向上的分力∑FCB，也就是说，在校核洪水位工况下，如果∑FBC<∑FCB，则大坝地基抗滑稳定就不存在问题。

从偏安全考虑，本文根据潘家铮[4]刚体转动假定，分别对AB、BC两个滑面进行计算验证。根据地质情况软弱夹层面AB、BC面抗剪断强度指标见表3。∑FBC、∑FCB计算结果见表4。

表3坝体深层抗滑稳定指标(按抗剪断强度计算)

滑动面编号主滑面摩擦系数f1凝聚力C2(MPa)与水平方向夹角β(°)软弱夹层AB0.400.0645°构造裂隙BC0.600.1243°

表4∑FBC、∑FCB计算成果

从上表看出∑FBC-∑FCB=-5967(kN)，故坝体地基不会沿BC方向滑动，表明该重力坝地基不存在深层抗滑稳定问题，且安全富裕度较大，有利于对坝体进行优化。

4 结论及建议

本文根据实际地质情况对重力坝坝基面抗滑稳定及垂直应力进行了简单的计算分析，该重力坝抗滑稳定及垂直应力计算均满足规范要求。为进一步确定坝体深层抗滑稳定，假定深层滑动的楔形体为转动刚体，对沿滑裂面进行受力计算分析，结果表明该重力坝不会发生深层滑动，由此可以进一步优化坝体，减少坝体稳定处理措施，节约成本，提高工程的经济效益。