坡月水库重力坝岸坡坝段侧向稳定复核计算分析

蓝晓君

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

[关键字] 侧向抗滑稳定；并缝灌浆；刚体极限平衡法；坡月水库

1 工程概况

广西巴马县坡月水库工程是以向下游村镇供水为主要任务，兼顾灌溉的综合利用水库。工程规划总供水人口约2.89万人。此外，兼供坝址下游坡月村能自流引水灌溉的沿线农田，总灌溉面积为340亩。水库正常蓄水位为385.5 m，设计洪水位为387.13 m，校核洪水位为387.56 m，有效库容161 万m3，工程为小（1）型水库，工程等级为Ⅳ等。大坝为混凝土重力坝，设计洪水标准为30 a 一遇，校核洪水标准为200 a 一遇，消能防冲建筑物设计洪水标准为20 a 一遇。广西巴马县坡月水库工程枢纽建筑物主要由大坝、取水系统、输水设施等建筑物组成。工程枢纽主要包括河床溢流坝段和左、右岸非溢流坝段、放水塔、输水管线、水库管理房、闸阀管理房等建筑物。坝顶高程为389.5 m，最大坝高64.5 m，坝顶轴线长176.0 m。

广西巴马县坡月水库工程于2018 年4 月正式开工建设，2021年1月基本建成，2021年6月通过竣工验收。工程建成至今，各建筑物运行安全，未出现工程安全问题。

2 混凝土重力坝布置

2.1 挡水建筑物布置

挡水建筑物包括左、右岸非溢流坝段，总长150.5 m，坝顶高程389.5 m，最大坝高64.5 m。

左岸非溢流坝段采用混凝土重力坝，分为5 个坝块，自左往右依次为1#～5#坝块，总长为75.5 m。坝顶宽5.0 m，坝底最大宽度54.875 m。左岸非溢流坝段建基面高程387.5～325.0 m，341.0 m高程以上的坝基部分落在中-厚层状砂岩夹薄层状页岩及薄-中厚层状泥质砂岩夹薄层状页岩强风化下部～弱风化中部基岩上，341.0 m 高程以下的坝基基本上落在中-厚层状砂岩夹薄层状页岩微风化中部基岩上。

右岸非溢流坝段采用混凝土重力坝，分为5 个坝块，自左往右依次为8#～12#坝块，总长为75 m。其结构形式与左岸非溢流坝段相同。右岸非溢流坝段建基面高程387.5～325.0 m，376.0 m 高程以上的坝基部分落在薄层状页岩夹少量泥质砂岩及中-厚层状砂岩夹薄层状页岩强风化下部～弱风化中部基岩，376.0 m高程以下的坝基基本上落在中-厚层状砂岩夹薄层状页岩、薄-中厚层状泥质砂岩夹薄层状页岩及薄层状页岩夹少量泥质砂岩微风化基岩上。

2.2 泄水建筑物布置

泄水溢流坝段布置在河床中部，分为2个坝块，自左往右依次为6#、7#坝块，总长为25.5 m。堰顶高程385.5 m，最大堰高63.5 m，堰底宽55.371 m。河床段溢流坝块基础高程为321.5～325.0 m，基本落在中-厚层状砂岩夹薄层状页岩微风化～弱风化中部。

3 岸坡坝段侧向抗滑稳定计算

根据相关规范要求，较陡的岸坡坝段，应计算其侧向抗滑稳定。因此，施工详图阶段对1#～5#坝段、9#～12#坝段进行了三向荷载作用下的侧向抗滑稳定计算。

针对各坝块坝基岩体力学参数不同的实际情况，对1#～5#坝块、9#～12#坝块均进行了侧向抗滑稳定计算。复核计算参考文献[1]，采用刚体极限平衡法计算。同时，参考《水工设计手册》第一版第五节坝基处理设计，计算对多平台进行简化，将平台全部平移至基底面，保持开挖坡度不变进行计算。假定斜坡上坝块为滑动体，位于水平建基面的坝块为阻滑体；考虑滑动体和阻滑体之间的相互作用，分别令滑动体和阻滑体这两块处于极限平衡状态，采用等安全系数法，求出滑动体和阻滑体间的内力R，再求出整个滑移体的抗滑稳定安全系数。滑动体简图见图1。

图1 滑动体简图

假定1-2-3-4 与9-10-11-12 之间的块体为滑动体（包括面3-4-11-12 上部的岩体），5-6-7-8 与9-10-11-12之间的块体为阻滑体，考虑滑动体和阻滑体之间的相互作用，在两者分界面（9-10-11-12）引入一个与水平面成ψ角（偏安全计算，ψ取0）的内力，分别令滑动体和阻滑体这两块处于极限平衡状态，采用重力坝双斜面深层抗滑稳定等安全系数法的分析思路，分别列出上述两个块体的抗滑稳定安全系数K1和K2的计算式，令K1=K2，求出内力R，再将其带入原计算式，即可求出整个滑移体的抗滑稳定安全系数。侧向的稳定及应力计算受力简图见图2。

图2 计算受力简图

刚体极限平衡法采用《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2018）中的抗剪断强度公式计算，计算公式与顺水流方向的抗滑稳定计算相同。对于折面阶梯状建基面的重力坝岸坡坝段，空间结构复杂，目前计算方法大致分为2种：一种是认为岸坡坝段产生滑动的条件是将台阶部分的混凝土或基岩剪断，与斜坡部分的建基面贯通形成滑动面，按抗剪断强度公式计算抗滑稳定；另一种是引入条分法和重力坝深层抗滑稳定分析方法，将坝体视为由若干刚性条块组成，考虑滑动条块和阻滑条块的相互作用按抗剪断公式计算抗滑稳定。复核计算采用第二种方法进行计算。

计算假定：①不考虑坝上下游坝脚的小平台，直接按上下游坝坡放坡至基底面；②同一高程，基底面简化成一个平面，即连接坝踵和坝趾两点即为基底面。复核计算简化模型见图3。

图3 复核计算简化模型

大坝岸坡坝段侧向抗滑稳定复核按正常工况、设计工况、校核工况和完建工况分别进行计算。原体型计算的1#～5#坝块以及9#～12#坝块的侧向抗滑稳定复核计算成果见表1。

表1 岸坡坝段各坝块侧向抗滑稳定复核计算成果表

《混凝土重力坝设计规范》（SL 319-2018）抗滑稳定要求：正常工况和设计工况抗滑稳定安全系数不小于3.0，校核工况和完建工况抗滑稳定安全系数不小于2.5。由表1 可知，1#和12#坝块和4 种工况下侧向稳定均满足规范要求；3#坝块、9#～11#坝块正常工况、设计工况和校核工况侧向稳定均不满足规范要求，完建工况侧向满足规范要求；2#坝块、4#坝块、5#坝块正常工况、设计工况不满足规范要求，校核工况和完建工况满足设计要求。根据复核成果，需要对岸坡坝段进行处理。如果加大大坝体型，虽然会增加抗滑力，但同时会增加沿斜坡的侧向滑动力，不能解决坝体侧向抗滑稳定不满足的问题，且工程由于工期紧张，已完成了建基面的开挖，不具备二次开挖的条件。因此对大坝一定高程以下的横缝做灌浆处理，形成整体受力状态，保持坝体侧向稳定，以满足大坝整体抗滑稳定要求。

4 结语

由于岸坡坝段的侧向稳定不容易满足要求，应在设计前期进行充分考虑，根据相关规范，岸坡坝段开挖台阶宽度一般不小于坝段宽度的1/3岸坡，可以适当调整横缝间距，减小坝段宽度或平行坝轴线方向开挖足够的台阶式平台，平台的本身应考虑基岩构造节理的产状，以保证坝段的侧向稳定。原则上，岸坡坝段应做到独立保持侧向稳定，而不依靠相邻坝段的侧向支承，难以做到时，也可对横缝做灌浆处理，形成整体受力状态，保持坝体的侧向稳定。