安全论证第6章

6.结构安全评价6.1概述xx水库位于xx市xx镇xx村，乌江支流上游。坝址距xx镇约7km，有简易公路直达坝顶，交通较方便。水库大坝于1973年修建，1978年竣工。水库集雨面积3.46km2，正常蓄水深35m，正常库容为122万m3，死库容为0.4万m3，坝高37.5m，相应坝顶高程202m，心墙土坝，坝顶宽6.5m，坝顶轴长120m，坝底轴长15m，坝内坡坡比自下而上为1：3，1：2.5，1:2.2，1：2，坝外坡坡比自下而上为1：1.5，1：2.2，1:2.2，1:2。外坡第二级平台有向北的渠道通过，断面宽*高为1.0*1.1m。溢洪道为宽敞式，布置在左岸山谷中，堰顶宽度18m，堰顶高程为199.50m。堰顶段长31m，陡坡坡比1：3，1：2，陡坡段长105m。水库涵洞分高、低涵。低涵进口底板高程180.50m，长155m，坡降I=1/50，涵径0.4m，砼预制安装，低涵从未开启过。高涵进口底板高程190.50m，长90m，坡降I=1/200，为半圆拱浆砌块石，断面为宽*高=0.7*1.4m。6.2计算理论及计算方法大坝坝坡稳定分析采用武汉水电学院编著的《土力学及岩石力学》所介绍的圆弧法计算。计算方法采用计算机辅助手工计算。6.3计算工况的确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，上下游坝坡稳定计算应考虑的计算工况如下：A：下游坝坡稳定计算工况(1)上游正常蓄水位，下游相应低水位时下游坝坡稳定计算；(2)上游设计洪水位，下游相应低水位时下游坝坡稳定计算；(3)上游校核洪水位，下游相应低水位时下游坝坡稳定计算；B：上游坝坡稳定计算工况上游水位陡降时，上游坝坡稳定计算；6.4基本参数的选取6.4根据地质勘探工作、室内土工试验和有关基础资料，渗流计算断面选择主坝最大横断面处，亦即本次地质勘探的断面II—Ⅱ进行坝坡稳定分析计算。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)，坝坡抗滑稳定的安全系数在设计洪水位以及正常水位的稳定渗流期时为1.25，在校核洪水位及库水位骤降时，安全系数为1.15。6.46.4坝体填筑料的凝聚力c、摩擦角φ是根据剪切试验成果作图，再从图中量取的。容重γ的资料是根据《土分析结果报告》的结果进行整理而得。6.4对照钻探成果各数值，在同等土样深度各数值都很接近，在确定参数时，均取整个大坝土料的物理力学指标平均值。凝聚力从垂直压力—抗剪强度关系图上量取；摩擦角也是从垂直压力—抗剪强度关系图上量取，量取值都大于20°，但是根据资料及调查显示，大坝填筑质量不好，填筑料带砂性，在填筑不密实的情况下摩擦角采用20°较为合理；容重取平均值，在浸润线以上取湿容重，在浸润线以下至静水位之间取饱和容重，静水位以下取浮容重。6.4.4孔隙水压力的计算孔隙水压力根据渗流分析提供的浸润线算出。浸润线以上孔隙水压为零，浸润线以下则为库内水位与所求点的高差再乘水的容重即可得孔隙水压力。6.4.5坝体计算座标的建立座标以上游坝趾为座标原点，计算坝坡滑动方向为横座标正向，垂直向上为纵标正向6.5稳定计算用瑞典圆弧法计算大坝的稳定系数Fs。（1）按比例1:500将大坝横断面作图，并标注好各尺寸。（2）把正常高水位下浸润线作出，计算过程详见渗流计算部分。（3）按武汉水电学院编著的《土力学及岩石力学》所介绍的圆弧法计算步骤计算稳定系数Fs。a.已知下游平均坡度m2=2.2，可得β1=25°，β2=35°，作角β1、β2找出O点。b.作2H、4.5H找出M点，连直线OM。c.在OM线上任找一圆心O1，以O1至下游坡脚的长度为半径R作滑动圆弧。并量出圆心角θ。d.分条块……－２，－１，０，＋１，＋２，＋３……ｅ.量出各条块的宽度bi及中心线高度hi。f.按计算表格计算Fs。g.在OM线上和其周围取圆心O2、O3……重复以上过程，计算Fs2、Fs3……h.点绘Fs曲线，找出Fs的最小值Fmin。通过计算，找到该大坝的最小稳定系数Fs=Fsmin。计算结果如下：A：下游坝坡稳定计算(1)上游正常蓄水位为199.50m(2)上游设计洪水位为200.44m(3)上游校核洪水位为200.78mB：上游坝坡稳定计算上游水位陡降到180.50m边坡稳定分析成果表计算工况安全系数滑弧半径规范要求值比较结果下游坡工况一1.1861.25小于工况二1.0741.25小于工况三0.9891.15小于上游坡1.0591.15小于6.6附属建筑物结构安全评价xx水库枢纽主要附建物共有三处。本次安全鉴定对溢洪道与高、低输水涵洞两处附建物进行稳定分析。以2000年xx水库保安工程设计书为安全鉴定分析依据，以三百年一遇校核洪水标准（消能设施按二十年一遇设计洪水标准），对现阶段水工建筑物在运行中出现的问题进行分析及评价。6.6.1溢洪道工程溢洪道为宽敞式，布置在左岸山谷中，由溢流堰、泄洪槽、消力池等部分组成，堰顶宽度18m，堰顶高程为199.50m。堰顶段长31m，陡坡坡比分别为1：3(，1：2，陡坡段长105泄洪槽共分两段：在溢洪隧洞出口的第一段，槽长65m，底坡为1：3.0，槽底板起点高程199.50m，底宽18m，终点底板高程179.50m，宽7m，墙高2.0m，浆砌石结构。第二段至消力池，长40m，底宽7m，墙高2.0m，槽底坡为1：2.0，终点底板高程159.50m，底宽7m，墙高2.0m，浆砌石结构。消力池在泄洪槽末端，长15m，宽7.0m，深1.5m，池底高程159.50m，浆砌石结构。溢洪道水力复核（1）溢洪道水面曲线计算根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000），采用分段求和法计算公式如下：△L1-2=[（h2cosθ+α2v22）—（h1cosθ+α1v12）]/（i–J）J=n2v2/R4/3泄槽上游接缓坡明渠(溢流堰长31m)，起始计算断面定在泄槽首部，水深h1取用泄槽首端断面计算的临界水深hk，n—0.025,i—1：3。当P=0.333%时：q=Q/b=69.3/18=3.85(m3/s)hk=3√q2/g=1.15(m)当P=3.33%时：q=Q/b=26.1/18=1.45(m3/s)hk=3√q2/g=0.60(m)计算结果见表。珍珠水库溢洪道(泄槽)水面曲线表频率桩号0+0000+0310+0960+136P=0.333%水面高程(m)200.78200.65180.5159.81水深(m)1.281.150.550.31P=3.33%水面高程(m)200.44200.1179.74159.69水深(m)0.940.600.240.19（2）边墙高度确定泄槽边墙高度，根据规范要求超高为0.5～1.5m。有些地段应满足挡土护岸的要求。因此槽内边墙高度为：h=h1+1=0.6+1=1.6m<2m，现有边墙满足要求。结论及处理方案经水力复核，溢洪道过流能力满足要求。但流速过快，造成运行中存在的问题——水流状况不平顺且相当紊乱，对两岸导墙及底板造成严重冲毁。鉴于现在溢洪道泄槽及消力池已部分毁坏，溢洪道地形已与原设计状况发生较大变化，建议重新确定溢洪道的设计。6.6.2输水涵洞工程水库涵洞分高、低涵。低涵进口底板高程180.50，长155m，坡降I=1/50，涵径0.4m，砼预制安装，低涵从未开启过。高涵进口底板高程49.0，长90m，坡降I=1/200，为半圆拱浆砌块石，断面为宽*高=0.7*1.4m。经水力复核，高涵过流能力满足要求，经结构复核，高涵结构满足规范的要求。但因老化，