李家峡水电站左坝肩基础处理及效果分析
2008-01-22 13:33:08 来源:
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电力18讯: 摘 要:李家峡水电站左坝肩由于受多条断层交切,坝肩抗滑稳定、变形稳定问题突出,成为控制工程成败的关键性技术问题,为此,对左坝肩进行了大量的基础处理。经刚体极限平衡法和三维非线性有限元法复核分析,处理方案可行,经多年运行验证,处理措施安全可靠。
关键词:李家峡水电站;坝肩稳定;基础处理;有限元分析
1 左岸坝肩主要工程地质问题
李家峡左岸坝基下潜伏有f18~f24等层间挤压破碎带,层间挤压破碎带倾向上游偏岸外,于坝肩下游f20沟处成束出露地表,在坝基下部2 068 m高程因泄水道地基开挖而出露并延伸至河床坝基,构成坝后以f18~f24为底面的“三角体”鼻状山梁。在重力墩前缘20#坝段与重力墩分缝处有F26断层出露,F26平行河道切割,纵贯整个左岸至左坝沟,为坝后“三角体”的后缘切割面。在紧临左岸上部坝踵,岩体受斜河断层F32切割。NEE向裂隙在近河边坡区亦密集发育,次之有NNE向及稀少的平缓和反倾裂隙组。
此外,在高程2 155~2 165 m间有平缓逆掩断层(F34)切割,F34上盘岩体受F32、f18、f20、f24、F26等断层交切,岩体呈碎裂状态,完整性极差。
物探波速测试资料表明,开挖后建基面表部波速最小值1 300 m/s,最大值3 680 m/s,均值23 700 m/s。浅部岩体(至建基面以下6 m)的穿透波速在2 100 m高程以上均小于3 800 m/s,2 100 m高程以下大部分小于4 300 m/s。2 150 m高程以上平均值小于1 300 m/s。因此,左岸坝肩岩体变形稳定、抗滑稳定更成为李家峡工程建设关注的焦点。
2 左坝肩抗滑稳定分析
2.1 计算模型
假定左岸坝肩上游坝踵存在铅垂拉裂面,在拱推力、水压力和自重等荷载作用下,沿f20断层面与假定水平底面交线向河床滑移失稳。
2.2 控制性块体计算边界
经大量敏度分析,左岸坝肩抗滑稳定控制性块体计算边界为:上游以左坝肩上游坝踵假定拉裂面为界,下游以f20断层面为界,底部以2 060 m高程水平面为界,岸里以F26断层面为界(图1)。
2.3 左坝肩抗滑稳定分析结构面力学参数
发包设计阶段和施工阶段地质复核后各结构面地质力学参数见表1。
2.4 左岸坝肩抗滑稳定分析控制工况
根据左岸坝肩抗滑稳定敏度分析,左坝肩抗滑稳定控制工况为水压、泥沙、自重加温降。
2.5 左岸坝肩抗滑稳定计算成果
发包设计阶段天然状态下左岸坝肩抗滑稳定纯摩安全系数Kf=1.95,剪摩安全系数Kc=2.80。
施工阶段各结构面地质力学参数复核后,纯摩安全系数Kf=1.78,剪摩安全系数Kc=2.40。可见左岸坝肩抗滑稳定安全储备不足需要采取增稳措施,提高左岸坝肩抗滑稳定安全度。
3 左坝肩基础处理
3.1 左坝肩基础处理设计原则及控制标准
根据(SD145-85)《混凝土拱坝设计规范》要求,左岸坝基f20断层上盘岩体经处理后应有足够的整体性、强度和刚度,以确保左岸坝肩整体承载力和抗滑稳定,不发生不能容许的变形。坝肩抗滑稳定分析采用刚体极限平衡法,要求坝肩抗滑稳定安全系数为:基本荷载组合[Kc]≥3.5,特殊荷载组合[Kc]≥3.0。
3.2 左坝肩基础处理措施
为解决好在这样一个复杂地基上的高拱坝建造问题,对左岸坝基坝肩采取了以下工程措施进行处理。
3.2.1 调整拱坝体型简化左岸坝肩基础处理
根据坝址区工程地质条件、岩层产状、地形地貌特点及断层结构面交切情况,通过调整优化拱坝体型,强化坝体下部拱作用,弱化坝体上部拱刚度,减少作用于平缓逆掩断层F34上盘岩体的拱推力,并尽可能使拱推力合力正交左岸f18、f20、f24层间断层,减少并简化坝肩基础处理工作,改善坝肩自稳条件、坝体自身应力及变位条件。在稳定条件、变形刚度较差的左坝头设置重力墩,均化坝体应力及两岸拱端变位。
3.2.2 设置防渗排水工程改善坝肩自稳条件
考虑两岸天然地下水及水库蓄水后,可能出现的绕坝渗流情况,在河床坝基2 035 m高程设置了帷幕灌浆廊道,在2 030.5 m高程设置了3道横河向排水廊道和左右岸各1道顺河向排水廊道;在两岸坝肩2 059、2 087、2 114、2 150、2 185 m高程设置了帷幕灌浆洞及排水洞。利用这些灌浆廊道或灌浆洞在双曲拱坝坝基上游部位,沿坝轴线方向布置一道防渗灌浆帷幕,帷幕伸入河床基础80 m,伸入两岸山体中150~200 m。在河床设置四道横河向排水幕,两道顺河向排水幕。在两岸利用帷幕灌浆洞和横河向排水洞设置两道横河向排水幕。在左岸针对f36冲沟部位为防止渗水浸泡软化红层,结合副坝从2 120 m高程至2 185 m高程布置了一道悬挂式帷幕和相应的排水幕。在两岸山体沿左岸F26、右岸F27断层顺河向从2 030~2 180 m高程各布置了一道纵向排水幕,尽量降低左岸F26、右岸F27断层区、两岸坝肩及两岸边坡岩体地下水位,防止或减少左岸F26、右岸F27断层区、两岸坝肩及两岸边坡岩体内软弱结构<
关键词:李家峡水电站;坝肩稳定;基础处理;有限元分析
1 左岸坝肩主要工程地质问题
李家峡左岸坝基下潜伏有f18~f24等层间挤压破碎带,层间挤压破碎带倾向上游偏岸外,于坝肩下游f20沟处成束出露地表,在坝基下部2 068 m高程因泄水道地基开挖而出露并延伸至河床坝基,构成坝后以f18~f24为底面的“三角体”鼻状山梁。在重力墩前缘20#坝段与重力墩分缝处有F26断层出露,F26平行河道切割,纵贯整个左岸至左坝沟,为坝后“三角体”的后缘切割面。在紧临左岸上部坝踵,岩体受斜河断层F32切割。NEE向裂隙在近河边坡区亦密集发育,次之有NNE向及稀少的平缓和反倾裂隙组。
此外,在高程2 155~2 165 m间有平缓逆掩断层(F34)切割,F34上盘岩体受F32、f18、f20、f24、F26等断层交切,岩体呈碎裂状态,完整性极差。
物探波速测试资料表明,开挖后建基面表部波速最小值1 300 m/s,最大值3 680 m/s,均值23 700 m/s。浅部岩体(至建基面以下6 m)的穿透波速在2 100 m高程以上均小于3 800 m/s,2 100 m高程以下大部分小于4 300 m/s。2 150 m高程以上平均值小于1 300 m/s。因此,左岸坝肩岩体变形稳定、抗滑稳定更成为李家峡工程建设关注的焦点。
2 左坝肩抗滑稳定分析
2.1 计算模型
假定左岸坝肩上游坝踵存在铅垂拉裂面,在拱推力、水压力和自重等荷载作用下,沿f20断层面与假定水平底面交线向河床滑移失稳。
2.2 控制性块体计算边界
经大量敏度分析,左岸坝肩抗滑稳定控制性块体计算边界为:上游以左坝肩上游坝踵假定拉裂面为界,下游以f20断层面为界,底部以2 060 m高程水平面为界,岸里以F26断层面为界(图1)。
2.3 左坝肩抗滑稳定分析结构面力学参数
发包设计阶段和施工阶段地质复核后各结构面地质力学参数见表1。
2.4 左岸坝肩抗滑稳定分析控制工况
根据左岸坝肩抗滑稳定敏度分析,左坝肩抗滑稳定控制工况为水压、泥沙、自重加温降。
2.5 左岸坝肩抗滑稳定计算成果
发包设计阶段天然状态下左岸坝肩抗滑稳定纯摩安全系数Kf=1.95,剪摩安全系数Kc=2.80。
施工阶段各结构面地质力学参数复核后,纯摩安全系数Kf=1.78,剪摩安全系数Kc=2.40。可见左岸坝肩抗滑稳定安全储备不足需要采取增稳措施,提高左岸坝肩抗滑稳定安全度。
3 左坝肩基础处理
3.1 左坝肩基础处理设计原则及控制标准
根据(SD145-85)《混凝土拱坝设计规范》要求,左岸坝基f20断层上盘岩体经处理后应有足够的整体性、强度和刚度,以确保左岸坝肩整体承载力和抗滑稳定,不发生不能容许的变形。坝肩抗滑稳定分析采用刚体极限平衡法,要求坝肩抗滑稳定安全系数为:基本荷载组合[Kc]≥3.5,特殊荷载组合[Kc]≥3.0。
3.2 左坝肩基础处理措施
为解决好在这样一个复杂地基上的高拱坝建造问题,对左岸坝基坝肩采取了以下工程措施进行处理。
3.2.1 调整拱坝体型简化左岸坝肩基础处理
根据坝址区工程地质条件、岩层产状、地形地貌特点及断层结构面交切情况,通过调整优化拱坝体型,强化坝体下部拱作用,弱化坝体上部拱刚度,减少作用于平缓逆掩断层F34上盘岩体的拱推力,并尽可能使拱推力合力正交左岸f18、f20、f24层间断层,减少并简化坝肩基础处理工作,改善坝肩自稳条件、坝体自身应力及变位条件。在稳定条件、变形刚度较差的左坝头设置重力墩,均化坝体应力及两岸拱端变位。
3.2.2 设置防渗排水工程改善坝肩自稳条件
考虑两岸天然地下水及水库蓄水后,可能出现的绕坝渗流情况,在河床坝基2 035 m高程设置了帷幕灌浆廊道,在2 030.5 m高程设置了3道横河向排水廊道和左右岸各1道顺河向排水廊道;在两岸坝肩2 059、2 087、2 114、2 150、2 185 m高程设置了帷幕灌浆洞及排水洞。利用这些灌浆廊道或灌浆洞在双曲拱坝坝基上游部位,沿坝轴线方向布置一道防渗灌浆帷幕,帷幕伸入河床基础80 m,伸入两岸山体中150~200 m。在河床设置四道横河向排水幕,两道顺河向排水幕。在两岸利用帷幕灌浆洞和横河向排水洞设置两道横河向排水幕。在左岸针对f36冲沟部位为防止渗水浸泡软化红层,结合副坝从2 120 m高程至2 185 m高程布置了一道悬挂式帷幕和相应的排水幕。在两岸山体沿左岸F26、右岸F27断层顺河向从2 030~2 180 m高程各布置了一道纵向排水幕,尽量降低左岸F26、右岸F27断层区、两岸坝肩及两岸边坡岩体地下水位,防止或减少左岸F26、右岸F27断层区、两岸坝肩及两岸边坡岩体内软弱结构<
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