两河口水电站直心墙堆石坝坝坡稳定分析

两河口水电站直心墙堆石坝坝坡稳定分析

代辉1高红涛2

代辉1高红涛2

1中国电力建设集团成都勘测设计研究院成都61100002西藏电建成勘院工程有限公司成都610072

【摘要】叶巴滩水电站是一座以发电为主要任务的巨型水利水电枢纽，地下洞室群规模较大，因地下厂房多位于天然水位线以下，渗流成主要问题。叶巴滩水电站地下厂房工程地质条件和防渗措施，建立地下厂房三维整体模型，采用三维有限元分析法对渗流场进行计算。通过分析不同工况下地下厂房洞室群的渗流特性、帷幕及排水幕的渗流效果一级渗流量，计算结果表明本工程整体防渗排水系统布置合理。

【关键词】叶巴滩水电站地下厂房渗流防渗排水系统

InfluencesofseepageanalysisinYebatanHydropowerStation

DaiHui1GaoHongtao2

（TibetElectricConstructionEngineeringCo.,Ltd.Chengdu610072

ChengduSurvey,DesignandResearchInstituteofChinaElectricPowerConstructionGroupChengdu610072）

Abstract：YebatanHydropowerStationisahugehydroelectricprojectwithpowergenerationasitsmaintask.Theundergroundcavernsarelargeinscale.Becausetheundergroundpowerhousesaremostlylocatedbelowthenaturalwaterlevel,seepagebecomesamajorproblem.TheengineeringgeologicalconditionsandseepagecontrolmeasuresoftheundergroundpowerhouseofYebatanHydropowerStationarestudied.Thethree-dimensionalintegralmodeloftheundergroundpowerhouseisestablishedandtheseepagefieldiscalculatedbythethree-dimensionalfiniteelementanalysismethod.ByanalyzingtheseepagecharacteristicsofUndergroundPowerhouseCavernsunderdifferentworkingconditions,theseepageeffectofcurtainanddrainagecurtainandthefirst-orderseepageflow,thecalculationresultsshowthattheoveralllayoutofseepagecontrolanddrainagesystemisreasonable.

Keywords：YebatanHydropowerStation；Undergroundpowerhouse；Seepageflow；Imperviousdrainagesystem.

1工程概况

双江口水电站是大渡河干流水电22级梯级规划中（自上游至下游）的第五级水电站，位于四川省阿坝州马尔康县、金川县境内的大渡河上源脚木足河与绰斯甲河汇口以下2km处，距马尔康县城的公路距离约46km，距金川县城约45km。

双江口水电站是以发电为主的大型水库电站，坝址处控制流域面积39330km2，占全流域面积的51%左右，多年平均流量502m3/s。

电站采用大坝、首部地下引水发电系统的开发方式。水库正常蓄水位2500m，校核洪水位2504.42m，死水位2420m。水库总库容约28.97亿m3，消落深度80m，调节库容19.17亿m3，具有年调节能力。电站总装机容量2000MW，多年平均年发电量约77.07亿kW·h，可研阶段推荐坝型为土质心墙堆石坝，最大坝高314m。

2工程地质条件

4双江口进大坝坝体坡稳定计算

为验证双江口大坝坝坡、坝体分区及基础处理措施的合理性，依据筑坝材料及坝基覆盖层的物理力学特性试验，采用非线性力学参数进行了坝坡稳定计算分析。

依据规范，坝坡稳定确定性分析计算工况见表1。

坝坡稳定分析工况汇总表

表1

确定性分析选取沿河心切取的大坝典型断面，根据本阶段设计成果，稳定采用特征水位见表2。

双江口水库特征水位

表2

根据对覆盖层及筑坝材料物理力学性质的研究成果，经分析，坝坡稳定计算取用参数见表3。

坝坡稳定计算按照《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007）[1]的要求采用刚体极限平衡法，分别采用适用于圆弧滑裂面的计及条块间作用力的简化毕肖普法以及适用于非圆弧滑裂面的满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯法。

计算采用北京水利科学研究院陈祖煜编制的“土石坝边坡稳定分析程序“STAB”。

坝坡稳定计算参数

表3

采用非线性强度指标计算成果见表4。上、下游控制性滑弧见图1、图2。

坝坡稳定确定性分析主要成果表

表4

图2遭遇地震工况最危险滑裂面示意图

计算表明，采用非线性强度指标计算的安全系数均满足规范要求。

竣工期、稳定渗流期，上、下游坝坡通过坝体及通过基础覆盖层的滑裂面安全系数均有较大裕度。

水位由正常蓄水位骤降至死水位工况下，上游坝坡坝体内浅层圆弧滑裂面安全系数最小值为1.62，通过基础覆盖层深层圆弧滑裂面安全系数最小值为1.48，均大于规范允许值。

采用非线性强度指标计算进行的坝坡稳定确定性分析成果表明，设计坝坡在各运行工况下，均满足坝坡稳定要求。

6.6.9.2可靠度稳定分析

委托中国水利水电科学研究院和四川大学进行了的坝坡稳定可靠度分析。

中国水利水电科学研究院采用的堆石料抗剪强度指标由贝叶斯法[2]得到；反滤料I、II和过渡料的均值与标准差由试验结果采用矩法统计得到。计算采用的非线性强度指标见表5。中国水利水电科学研究院分析采用Bishop圆弧法]和Rosenblueth法，计算坝坡的稳定可靠度指标和失效概率，主要结果见表6。稳定渗流期可靠度指标最小的滑裂面见图3～图4所示。

由贝叶斯更新法得到的双江口堆石抗剪强度指标（水科院）

表5

图3上游边坡工况2边坡稳定安全可靠指标图4下游边坡工况8边坡稳定安全可靠指标

四川大学根据坝料三轴试验资料，采用线性回归的方法对实验强度指标进行整理，得到坝料强度参数的统计特征值，见表7。按简化毕肖普法建立坝坡稳定可靠度分析的功能函数，采用考虑变量相关的一次二阶矩法进行可靠度分析，四川大学计算的可靠度成果见表8。

双江口工程筑坝材料强度参数统计特征值（四川大学）

表7

直心墙方案最大剖面非线性强度指标可靠度计算成果（四川大学）

表8

从结果看，非地震条件下，大坝坝坡稳定的可靠指标均超过规范规定的4.2的标准，失效概率小于10-5。地震条件下，考虑到8度地震100年2%的概率，大坝坝坡稳定的可靠指标基本满足规范规定的4.2的标准。地震时最危险滑裂面为靠近坝顶的滑弧，考虑到坝顶加筋措施对坝坡稳定的保护作用，可进一步确保大坝坝坡稳定安全。

参考文献：

[1]《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007）。

[2]《结构方程模型的选择方法研究――一种基于贝叶斯准则的模型选择方》LIYunxian西南交通出版社。