江蘇宜昌抽水蓄能電站上水庫(kù)面板堆石壩穩(wěn)定分析

江蘇宜昌抽水蓄能電站上水庫(kù)面板堆石壩穩(wěn)定分析

江蘇宜興蓄能站樞紐工程包括上水庫(kù)、下水庫(kù)、供水系統(tǒng)、地下車間、地下通道門等建筑。1.1000m.上庫(kù)位于銅官山腳下的山谷中，由主水庫(kù)、副水庫(kù)和庫(kù)周山環(huán)繞。正常蓄水位471.50m，正常發(fā)電損失水位正常，死水位428.60m，有效蓄水位507.3萬(wàn)。3.507.3萬(wàn)人？t3。壩址區(qū)地形開闊,左岸山頂高程508m,右岸山頂高程510m.正常蓄水位處,左岸山體寬約135m,右岸山體寬約264m.壩軸線橫跨兩溝一梁,地形呈“W”形,高程400～443m.沿主溝縱向地形陡緩不均,上游壩踵至壩軸線下游145m范圍內(nèi),坡度為10°～20°,局部地段25°左右;壩軸線下游145～330m,坡度約為40°,局部陡峻地段,坡度逾55°;壩軸線下游330m以下坡度約為20°.壩址區(qū)地層為泥盆系中、下統(tǒng)茅山組巖屑石英砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖(或泥質(zhì)粉砂巖)及泥盆系上統(tǒng)五通組石英巖狀砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖(或泥質(zhì)粉砂巖),另有燕山晚期花崗斑巖呈巖株、巖脈狀出露.覆蓋層淺薄,基巖風(fēng)化受巖性及構(gòu)造控制,一般以弱風(fēng)化為主,花崗斑巖脈以及裸露地表的泥巖夾層呈強(qiáng)-全風(fēng)化.庫(kù)區(qū)斷層發(fā)育,以NWW—近EW走向的陡傾角為主,規(guī)模較大的斷層有F3,F4,F13,F14,F20等30條.庫(kù)區(qū)節(jié)理發(fā)育,除層面節(jié)理(緩傾角)外,尚有30°N—45°W,60°N—80°W,50°N—80°E3組陡傾角節(jié)理.庫(kù)岸卸荷裂隙總體上不發(fā)育.經(jīng)選擇研究比較,壩型推薦采用瀝青混凝土面板堆石壩,壩體趾板以上最大壩高55m.由于壩軸線下游建基面的自然坡度較陡,下游壩體延伸長(zhǎng)達(dá)500多?m,下游壩腳至壩頂最大高差達(dá)285m,呈覆蓋于建基面上的貼坡體形狀,為國(guó)內(nèi)外所罕見.本文介紹該壩體斷面設(shè)計(jì),并選擇代表性斷面進(jìn)行穩(wěn)定與變形分析為工程設(shè)計(jì)提供必要依據(jù).1水庫(kù)斷面配置1.1壩上地區(qū)“之”形馬道瀝青混凝土面板堆石壩壩頂高程474.20m,防浪墻頂高程475.40m,壩頂寬8.0m.上游壩坡為1∶1.7,下游平均壩坡為1∶1.66.下游壩坡在高程274.20m以上設(shè)“之”形馬道,考慮施工公路的要求,馬道寬9.5m,馬道之間坡度為1∶1.35;在高程274.20m以下每隔25m高差設(shè)馬道一條,馬道寬4.0m,馬道之間坡度為1∶1.5.1.2巖料場(chǎng)及過渡區(qū)壩體材料共分6區(qū),從上游至下游依次為防滲層、墊層、過渡層、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、基礎(chǔ)過渡區(qū).主壩上游面為瀝青混凝土防滲層,采用簡(jiǎn)式結(jié)構(gòu)斷面,總厚度為20.2cm,自上而下分別為瀝青瑪諦脂封閉層2mm、瀝青混凝土防滲層10cm、瀝青混凝土整平膠結(jié)層10cm.墊層區(qū)水平寬2.0m,采用芙蓉寺灰?guī)r料場(chǎng)石料,墊層料要求新鮮、堅(jiān)硬、級(jí)配良好、透水性好.設(shè)計(jì)干密度ρd≥2173kg/m3,最大粒徑dmax≤100mm.過渡層區(qū)水平寬4.0m,采用芙蓉寺灰?guī)r料場(chǎng)或玉山—南壩灰?guī)r料場(chǎng)石料,設(shè)計(jì)干密度ρd≥2194kg/m3,最大粒徑dmax≤300mm.主堆石區(qū)采用玉山—南壩料場(chǎng)石料,要求用新鮮或弱風(fēng)化石料,級(jí)配良好,透水性好,設(shè)計(jì)干密度ρd≥2173kg/m3,最大粒徑dmax≤800mm.次堆石區(qū)利用庫(kù)盆開挖的弱風(fēng)化石英巖狀砂巖或巖屑石英砂巖,開挖時(shí)要剔除厚層泥巖夾層,控制泥巖含量不超過15%.庫(kù)盆開挖料不足部分采用西梅園石料場(chǎng)石料.次堆石料要求級(jí)配良好,低壓縮性及透水性良好,設(shè)計(jì)干密度ρd≥2092kg/m3,最大粒徑dmax≤800mm.主堆石區(qū)和次堆石區(qū)分界面坡比1∶0.4,傾向下游.為提高堆石與基巖的抗剪強(qiáng)度,增加壩體的穩(wěn)定性,在次堆石區(qū)與基礎(chǔ)之間設(shè)置一厚度為5m的過渡區(qū).過渡區(qū)料的料源與主堆石料相同,但采用過渡層的級(jí)配,以便于在基巖面上壓實(shí).2水庫(kù)穩(wěn)定性與變形分析2.1槽面滑動(dòng)穩(wěn)定分析該瀝青混凝土面板堆石壩的穩(wěn)定主要由下游壩坡控制.根據(jù)地形地質(zhì)條件,下游壩坡的穩(wěn)定分析主要包括3個(gè)部分的內(nèi)容,即下游堆石體邊坡的穩(wěn)定分析、壩體堆石沿建基面以及沿基礎(chǔ)深層軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)的穩(wěn)定分析.根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件,選取兩個(gè)具有典型代表性的壩體斷面進(jìn)行穩(wěn)定分析.為提高堆石體沿基巖面的抗滑穩(wěn)定性,壩基進(jìn)行了臺(tái)階狀開挖處理;為有效降低基礎(chǔ)內(nèi)滲透壓力,在壩基內(nèi)設(shè)置了4條排水平洞;為改善壩基“W”地形造成的壩體不均勻沉陷,對(duì)溝谷中部山梁凸起部位進(jìn)行適當(dāng)開挖處理.穩(wěn)定分析方法為極限平衡法,考慮巖石和堆石料的強(qiáng)度特性.穩(wěn)定分析采用的抗剪強(qiáng)度參數(shù)見表1.計(jì)算工況為正常蓄水位條件下的運(yùn)行工況.穩(wěn)定分析成果見表2.計(jì)算表明,壩體邊坡、壩體沿建基面、壩體沿基礎(chǔ)深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求.2.2筑壩材料的物理力學(xué)參數(shù)由于壩址區(qū)地形縱橫向均不對(duì)稱,特別是壩體下游面呈貼坡式,壩體的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與常規(guī)的堆石壩有較大差別.為全面了解壩體在自重和水荷載作用下的工作狀態(tài),反映施工及蓄水過程中各階段大壩的應(yīng)力變形情況,本文對(duì)瀝青混凝土面板堆石壩進(jìn)行了空間非線性有限元分析.計(jì)算采用非線性鄧肯E-B模型,筑壩材料的物理力學(xué)參數(shù)見表3.主要計(jì)算成果見表4.計(jì)算結(jié)果表明,壩體堆石的大主應(yīng)力等值線與壩坡趨于平行,應(yīng)力分布規(guī)律比較合理,最大主應(yīng)力發(fā)生在主堆石區(qū)內(nèi),說明水壓力主要由主堆石承擔(dān).最大主應(yīng)力為1256.5kPa,最小主應(yīng)力(壓)為271.02kPa.堆石體的最大位移均發(fā)生在次堆石區(qū),最大水平位移為14.611cm,最大豎向位移為23.712cm,與已建類似工程相比較,這樣的變形量是較小的.各種工況堆石體的應(yīng)力水平均不大,最大值均不超過0.6,說明堆石體內(nèi)部不會(huì)發(fā)生剪切破壞.面板均處于受壓狀態(tài).順坡向及沿壩軸向的最大壓應(yīng)力值均不大,順坡向最大壓應(yīng)力為395.12kPa,沿壩軸線方向最大壓應(yīng)力為264.61kPa.面板撓度最大值均發(fā)生在約1/2面板高度處,最大撓度為8.66cm,處于正常范圍.3壩體邊坡應(yīng)力本文針對(duì)宜興抽水蓄能電站設(shè)計(jì)的長(zhǎng)貼坡面板堆石壩