尚希莊水庫(kù)大壩穩(wěn)定分析

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1、尚希莊水庫(kù)大壩穩(wěn)定分析高勝利（水利部山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，太原030024）摘要：尚希莊水庫(kù)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(kù)，水庫(kù)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(duì)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(kù)大壩邊坡設(shè)計(jì)合理，滲透穩(wěn)定滿足要求；庫(kù)區(qū)防滲膜失效的情況下滲漏量比較大，因此水庫(kù)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(hào)：TV222文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1水庫(kù)工程概況尚希莊水庫(kù)是萬家寨引黃工程北干線上的一座年調(diào)節(jié)水庫(kù)，主要任務(wù)是在萬家寨水庫(kù)不

2、引水時(shí)向大同和懷仁供水，同時(shí)攔截泥沙；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(duì)山陰、懷仁持續(xù)供水。尚希莊水庫(kù)位于朔州市懷仁縣新家園鄉(xiāng)尚希莊村南，庫(kù)區(qū)南臨左云～沙河二級(jí)公路，西臨大運(yùn)二級(jí)公路和G208國(guó)道，東距北同蒲鐵路5km，交通方便。庫(kù)址位于輸水線路上，為半挖半填的平原圍封水庫(kù)。水庫(kù)總庫(kù)容1055萬m3，調(diào)蓄庫(kù)容1005萬m3，死庫(kù)容50萬m3。為中型水庫(kù)。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(kù)平面呈東北~西南向的橢圓形狀，長(zhǎng)約1600m，寬約1000m，庫(kù)區(qū)總占地面積182.73萬m2。水庫(kù)大壩環(huán)型布置

3、，壩軸線總長(zhǎng)4453.18m，壩型為碾壓均質(zhì)土壩，采用復(fù)合土工膜全庫(kù)盆防滲。水庫(kù)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(jí)配不良砂等。水庫(kù)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(hào)3+384處。入庫(kù)設(shè)計(jì)流量7.7m3/s，入庫(kù)水流消能形式采用陡坡消力池。水庫(kù)出水口布置在庫(kù)區(qū)東北側(cè)、地形較

4、低的位置，位于大壩樁號(hào)1+270處。出庫(kù)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(kù)區(qū)西南角，位于大壩樁號(hào)4+220處。出庫(kù)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(kù)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(kù)外繞行，根據(jù)地形條件，洪灌渠從

5、大壩北側(cè)繞至庫(kù)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(zhǎng)度2544m，梯形斷面，漿砌石防護(hù)。2壩體及壩坡穩(wěn)定分析尚希莊水庫(kù)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(kù)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(kù)的運(yùn)行特點(diǎn)，尚希莊水庫(kù)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(kù)位于最高蓄水位1118.30

6、m時(shí)，核算大壩上、下游壩坡的穩(wěn)定；－7－工況二：水庫(kù)水位降落時(shí)核算上游壩坡的穩(wěn)定；工況三：水庫(kù)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)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(kù)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1

7、6.520.11.228.6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)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法。尚希莊水庫(kù)大壩為2級(jí)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

8、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