混凝土芯墙土坝的边坡稳定分析.pdf

第 l l 卷O 2期 2 0 1 3 年 6 月 南水北调与水利 科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e 8 L Te c h n o l o g y Vo 1 ． 1 1 No ． 0 2 J u n 2 0 1 3 混凝土芯墙 土坝 的边坡稳定分 析 郝伯瑾 ， 常芳芳 ， 王少峰L ( 1 ． 黄河水利科学研究院， 郑州 4 5 0 0 0 3 ； 2 ． 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心， 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘要： 混凝土芯墙土坝为分层碾压施工， 坝体的各层填土的土力学参数不同， 甚至差别很大， 为实现对混凝土芯墙土 坝的渗流稳定与边坡稳定的准确评价 ， 通过对坝体填土层的细分处理， 建立数值分析模型， 并对坝体的渗流稳定和 边坡稳定进行分析。结果表明， 水位骤降工况下， 混凝土芯墙土坝下游出口处渗流坡降最大、 上游边坡最易失稳； 校 核水位工况下 ， 下游边坡最易失稳。 关键词 ： 混凝土芯墙土坝； 渗流稳定； 边坡稳定； 数值分析； 极限平衡法 中图分类 号 ： T V6 4 1 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 — 1 6 8 3 ( 2 0 1 3 ) O O 2 — 0 0 8 1 — 0 2 S l o p e St a b i l i t y Ana l y s i s f o r Co nc r e t e Co r e W a l l o f t he Ea r t h Da m HAO B o - j i n 一． CHANG F a n g - f a n g 一． WANG S h a o - f e n g 一 ( 1 ． Y e l l o w Ri v e r I n s t i t u t e o f Hy d r a u l i c Re s e a r c h， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ， C h i n a； 2 ． R e s e a r c h C e n t e r o n L e v e e S a f e t y a n d Di s a s t e r Pr e v e n t i o n o f Mi n i s t r y o f Wa t e r R e s o u r c e s ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ， Ch i na ) Ab s t r a c t ：Con c r e t e c o r e wa l l e a r t h da m i s f o u nd e d b y f i l l i n g e a r t h o ne l a ye r b y 1 a y e r ， b u t e a c h l a y e r o f t h e f i l l e d s o l 1 i n d i f f e r e n t s o l l me c ha n i c s p a r a me t e r s s u c h a s d i s t i n c t d e n s i t y a n d c o ns o l i d a t io n， e v e n f a r f r o m e a c h o t h e r be c a u s e o f c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ． I n o r d e r t o e v a l u a t e a c c u r a t e l y wh e t h e r t h e s l o p e s l i d e s a n d s e e p a g e gr a d i e n t i s s u i t a b l e o r no t ， we bu i l d c a l c u l a t i n g mo d e l o f e a r t h d a m whi c h h a s c o n c r e t e c o r e wa l 1 t hr o u gh s u b d i v i d i n g t h e f i l l e d e a r t h l a y e r s ． Us i n g t hi s a n a l y s i s mo d e l ， t h e d a m s e e p a g e s t a b i l i t y a n d s l o p e s t a bi l i t y a r e a n a l y z e d ． Th e r e s ul t s s ho W t h a t i n t h e wa t e r l e v e l d i p c o n d i t i o n s 。 c on c r e t e c o r e wa l l e a r t h d a m S s e e p a g e g r a d i e n t d o wns t r e a m o u t l e t i s t he l a r ge s t a n d t h e s l o p e u p s t r e a m i s mo s t i n s t a b l e； i n c h e c k wa t e r c o n d i t i o n s ， t h e s l o p e d o wn s t r e a m i s t h e mo s t i ns t a b [ e ． Ke y wo r d s ：c o n c r e t e c o r e wa l l e a r t h d a m； s e e p a g e s t a b i l i t y； s l o p e s t a b i l i t y； n u me r i c a l a n a l y s i s ； l i mi t e q u i l ibr i u m t h e o r y 1 研 究背景 土坝边玻稳定分析方法 ， 目前应用最广的有二类： 第一 种为有限元法， 其最大优点是不但能进行线性分析还可以 进行非线性分析， 如沈凤生等口 ] ， 采用有限元法对小浪底水 利枢纽工程进水口南端山体高边坡稳定性进行了研究 ， 但 是有限元这种方法在实际工程 中受物理参数选取影响较 大[ 2 ] ， 使边坡滑动许多因素不能定性； 第二类为极限平衡 法， 包 括 条 分 法、 毕 肖普 法 、 Mo r g e n s t e r n - NR及 p r i c e VE 法_ 3 ] ， 瑞典圆弧法、 s a r - ma S K法 ， 虽然该类分析方法没有考 虑材料的应力 一应变关 系， 但模型简单 、 计算 简捷 、 结论 可靠 Ⅲ 。 目前， 人们对土石坝边坡稳定的研究， 多集中在均质土 坝、 黏土芯墙坝、 土石坝及堆石坝的边坡稳定上， 而由于多种 原因对混凝土芯墙土坝 的边坡稳定研究相对较少。本文以 广东某水电站副坝为研究对象， 采用极限平衡法中的毕肖普 法， 在考虑孔隙水压力的情况下 ， 通过边坡中不同的控制性 结构面的组合滑移模式， 对混凝土芯墙土坝的渗流稳定与边 坡稳定进行评价。 2 研究对象 广东省某水电站， 为第三级水利工程。该水电站副坝为 均质土坝， 最大坝高 4 4 ． 5 r f l ， 坝顶长度 2 1 0 ． 0 m， 坝顶宽度 6 ． 0 m； 副坝上游坝坡分三级， 下游坝坡设四级。副坝坝基防 渗设一道梯形截水糟 ， 上宽 1 2 ． 0 r n ， 下宽 6 ． 0 IT I ， 槽底高程为 1 3 1 ． 5 m， 槽内回填坝体土料； 下游坝坡以下采用堆石棱体与 褥垫相结合的排水方式。大坝建成后， 由于蓄水时副坝下游 有漏水现象， 故在坝顶上游边缘处浇筑一道混凝土芯墙， 坝 体分析选取剖面见图 1 。 3 计算模型 整个模型共划分为 5 4 1 0个三角形单元。上、 下游的垂 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 3 — 0 8 修 回 日期 ： 2 0 1 3 — 0 5 — 2 7 项 目基金 ： 水利部公益性行业科研专项经费项 目“ 堤防土石结合部病 险探测监测技术” ( 2 0 1 3 0 1 0 6 1 ) 作者简介： 郝伯瑾( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 河南信阳人， 工程师， 硕士， 主要从事工程力学相关研究。E - m a i l ： h b o j i n @1 6 3 ． c o rn _ ． 8 1． ⋯ 黼 撕 《 * 勰 ‰瓣 ‰m # 自