尚希莊水庫大壩穩(wěn)定分析

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1、尚希莊水庫大壩穩(wěn)定分析高勝利（水利部山西水利水電勘測設(shè)計研究院，太原030024）摘要：尚希莊水庫是山西省引黃工程北干線上的一座重要的年調(diào)節(jié)水庫，水庫的安危直接關(guān)系到尚希莊村和附近人民群眾生命財產(chǎn)的安全，影響山西的經(jīng)濟發(fā)展。文中對大壩的滲流與壩坡穩(wěn)定分別進行了計算。分析認為，尚希莊水庫大壩邊坡設(shè)計合理，滲透穩(wěn)定滿足要求；庫區(qū)防滲膜失效的情況下滲漏量比較大，因此水庫必須做好防滲工作，以絕后患。關(guān)鍵詞：壩體滲流；邊坡穩(wěn)定性；壩體安全中圖分類號：TV222文獻標識碼：B1水庫工程概況尚希莊水庫是萬家寨引黃工程北干線上的一座年調(diào)節(jié)水庫，主要任務是在萬家寨水庫不

2、引水時向大同和懷仁供水，同時攔截泥沙；當輸水線路因意外事故而被迫中斷供水時能利用其調(diào)蓄能力對山陰、懷仁持續(xù)供水。尚希莊水庫位于朔州市懷仁縣新家園鄉(xiāng)尚希莊村南，庫區(qū)南臨左云～沙河二級公路，西臨大運二級公路和G208國道，東距北同蒲鐵路5km，交通方便。庫址位于輸水線路上，為半挖半填的平原圍封水庫。水庫總庫容1055萬m3，調(diào)蓄庫容1005萬m3，死庫容50萬m3。為中型水庫。樞紐工程包括大壩、進水口、出水口、山陰供水口以及洪灌渠道等。尚希莊水庫平面呈東北~西南向的橢圓形狀，長約1600m，寬約1000m，庫區(qū)總占地面積182.73萬m2。水庫大壩環(huán)型布置

3、，壩軸線總長4453.18m，壩型為碾壓均質(zhì)土壩，采用復合土工膜全庫盆防滲。水庫最高蓄水位1118.30m，壩頂高程1119.87m，防浪墻頂高程1121.07m，壩頂寬6.0m，最大壩高17.06m，上游壩坡1:2.5，下游壩坡1:2.0。開挖余土作為壓重填筑在下游壩坡，填土頂寬25m，邊坡1:3.0。－7－壩基由上至下依次為：低液限粉土、低液限黏土、卵石混合物及級配不良砂等。水庫進水口布置在大壩臨近公路、靠近引黃北干輸水線路一側(cè)，位于大壩樁號3+384處。入庫設(shè)計流量7.7m3/s，入庫水流消能形式采用陡坡消力池。水庫出水口布置在庫區(qū)東北側(cè)、地形較

4、低的位置，位于大壩樁號1+270處。出庫設(shè)計流量7.3m3/s，采用壩下廊道內(nèi)套管形式與下游引黃北干輸水線路相接，出水管DN2200鋼管，出水線路上壩前設(shè)檢修閥、壩后設(shè)工作閥、流量計。山陰供水口布置在庫區(qū)西南角，位于大壩樁號4+220處。出庫設(shè)計流量0.6m3/s，供水管為DN800球墨鑄鐵管，采用壩下廊道內(nèi)套管形式與下游引黃北干輸水線路相接，供水線路上壩前設(shè)檢修閥、壩后設(shè)工作閥。大峪河的支流石頭河，由東北向南西方向穿過庫區(qū)，呈樹枝狀展布。主河道即為大峪河灌區(qū)的東干渠，各枝杈為支渠，渠道為清洪兩用灌溉渠道，建壩后渠道需從庫外繞行，根據(jù)地形條件，洪灌渠從

5、大壩北側(cè)繞至庫區(qū)東側(cè)與原渠道相接。洪灌渠道同時作為大壩外坡腳下的排水溝，其設(shè)計流量為50m3/s。洪灌渠道長度2544m，梯形斷面，漿砌石防護。2壩體及壩坡穩(wěn)定分析尚希莊水庫的運行方式：每年的10月至次年的7月蓄水，最高蓄水位1118.30m；每年的8、9月，給大同方向供水，水庫水位由最高蓄水位1118.30m降至壩前死水位1108.80m，平均降速0.32m/d。2.1計算條件及參數(shù)選擇依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001），結(jié)合本調(diào)蓄水庫的運行特點，尚希莊水庫大壩抗滑穩(wěn)定計算應考慮以下三種工況：工況一：水庫位于最高蓄水位1118.30

6、m時，核算大壩上、下游壩坡的穩(wěn)定；－7－工況二：水庫水位降落時核算上游壩坡的穩(wěn)定；工況三：水庫最高蓄水位（1118.30m）遭遇Ⅶ度地震時的上、下游壩坡的穩(wěn)定。計算典型設(shè)計斷面選擇最大壩高斷面，具體為：尚0+341。壩體穩(wěn)定計算土力學指標見表1。表1尚希莊水庫壩體穩(wěn)定計算土力學指標表材料干容重γd/（kN/m3）飽和容重γs/（kN/m3）黏聚力C′/（kPa）內(nèi)摩擦角φ′/（°）壩體填土17.220.815.228粉土質(zhì)砂14.819.211.8629.8低液限粉土14.418.915.328.2低液限黏土14.218.816.526.9卵石混合土1

7、6.520.11.228.6壩后填土14.218.811252.2計算方法及允許抗滑安全系數(shù)的選取抗滑穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的《穩(wěn)定計算分析軟件》（理正巖土5.0版），計算方法采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法。尚希莊水庫大壩為2級建筑物，依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，正常運用條件壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.35；與地震組合的非常運用條件壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.15。設(shè)計地震烈度Ⅶ度。2.3計算結(jié)果按以上的計算參數(shù)以及最大壩高壩體斷面計算，計算結(jié)果見表2。表2抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果表運用條件上游壩坡安全系數(shù)下游壩坡安全系數(shù)正常運用工況

8、一3.4141.443－7－工況二1.903——非常運用工況三2.9871.299由計算結(jié)果可