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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(jì)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(cái)產(chǎn)的安全,影響山西的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。文中對大壩的滲流與壩坡穩(wěn)定分別進(jìn)行了計(jì)算。分析認(rèn)為,尚希莊水庫大壩邊坡設(shè)計(jì)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(xiàn)標(biāo)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(wù)是在萬家寨水庫不引水時(shí)向大同和懷仁供水,同時(shí)攔截泥
2、沙;當(dāng)輸水線路因意外事故而被迫中斷供水時(shí)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(yùn)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(jìn)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,壩軸線總長4453.18m,壩型為碾壓均質(zhì)土壩,采用復(fù)合土工膜全庫
3、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(jìn)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(jì)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)、地形較低的位置,位于大壩樁號1+270處。出庫設(shè)計(jì)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
4、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(jì)。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(jì)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(shí)作為大壩外坡腳下的排水溝,其設(shè)計(jì)流量為50m3/s。洪灌渠道長度2544m,梯形斷面,漿砌
5、石防護(hù)。2壩體及壩坡穩(wěn)定分析尚希莊水庫的運(yùn)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(jì)算條件及參數(shù)選擇依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001),結(jié)合本調(diào)蓄水庫的運(yùn)行特點(diǎn),尚希莊水庫大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)考慮以下三種工況:工況一:水庫位于最高蓄水位1118.30m時(shí),核算大壩上、下游壩坡的穩(wěn)定;-7-工況二:水庫水位降落時(shí)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(shí)的上、下游壩坡的穩(wěn)定。計(jì)算典型設(shè)
6、計(jì)斷面選擇最大壩高斷面,具體為:尚0+341。壩體穩(wěn)定計(jì)算土力學(xué)指標(biāo)見表1。表1尚希莊水庫壩體穩(wěn)定計(jì)算土力學(xué)指標(biāo)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16.520.11.228.6壩后填土14.218.811252.2計(jì)算方法及允許抗滑安全系數(shù)的選取抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院編制的《穩(wěn)定計(jì)算分析軟件》(理正巖土5.0版),計(jì)算方法采用計(jì)及條塊
7、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(jì)規(guī)范》,正常運(yùn)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(yùn)用條件壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.15。設(shè)計(jì)地震烈度Ⅶ度。2.3計(jì)算結(jié)果按以上的計(jì)算參數(shù)以及最大壩高壩體斷面計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。表2抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表運(yùn)用條件上游壩坡安全系數(shù)下游壩坡安全系數(shù)正常運(yùn)用工況一3.4141.443-7-工況二1.903——非常運(yùn)用工況三2.9871.299由計(jì)算結(jié)果可