深厚覆盖层上土石围堰渗流及边坡稳定性研究(2)

乌东德水电站上游土石围堰填筑于60m厚的覆盖层上,堰体及基坑开挖后形成了高达150m的复合边坡。针对围堰采用的塑性混凝土防渗墙上接复合土工膜的防渗型式,采用有限单元法对其正常运行条件和局部破损情况下的渗流场进行了计算分析,并采用非线性强度参数对各运行条件下的上下游边坡稳定性进行了复核。研究表明,采用塑性混凝土防渗墙上接复合土工膜的防渗方案是合理的,其防渗效果显著;围堰断面的安全性可以得到保障。

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　　人　民　长　江２０１４年

渗方案在正常运行及局部破损条件下的渗流性态及边坡稳定性，并考虑到防渗体系沿轴线方向的连续性，本文按平面问题简化处理，选用如图１所示的河床典型剖面来分析。根据乌东德水电站上游土石围堰堰体不同填筑料和地基地质条件，概化其材料分区如图２所示。根据材料分区建立有限单元法计算模

图１　乌东德水电站上游土石围堰剖面（单位：ｍ）

型，计算模型上游取到距围堰上游坡脚３００ｍ，下游取距围堰下

８４５ｍ处设置宽４８ｍ的平台。

围堰体和地基的防渗采取防渗墙上接土工膜的防渗型式，其中防渗墙选择塑性混凝土作为墙体材料，墙厚１．２ｍ；防渗墙上部防渗体为复合土工膜斜墙，复合５００ｇ／１．２ｍｍＨＤＰＥ／５００土工膜为两布一膜结构（

ｇ）。在防渗墙与斜墙间采用厚１１ｍ的水平填筑碎石土连接，防渗墙体插入碎石土内３ｍ。

覆盖层内采用放坡的方式进行开挖。第Ⅲ２层和原河床高程８０７～７６８ｍ）开挖坡比１∶２，坡面Ⅲ１层（

设０．３ｍ厚的反滤层和０．５ｍ厚的干砌块石护坡，在６８ｍ（高于第Ⅱ层顶面２ｍ）处设宽１５ｍ的平高程７

台。平台以下第Ⅱ层及第Ⅰ层开挖坡比１∶２．５，坡面５ｍ设一级宽５ｍ的马道，每一级坡面坡脚均设每隔１

置浆砌石基座。开挖至基岩后，再在高程７６８ｍ以下的坡面铺设两层共厚０．５ｍ的反滤层，表面用厚１ｍ的块石保护。在坡脚基岩面上设置重力式挡墙和排水沟，将覆盖层内的渗水收集后及时排出。为降低围堰施工期覆盖层内浸润线，减小渗流出逸比降，保证覆盖层开挖施工过程中基坑边坡的渗透稳定，在围堰坡脚与大坝基坑覆盖层开挖开口线间预留宽６３．７ｍ的平台，在平台上设４口井深６４ｍ左右、间距５０ｍ的降水管井，在基坑开挖过程中通过深井泵将井内渗水排出，以降低开挖过程中覆盖层内的浸润线，减小坡面出逸比降，保证基坑开挖过程中边坡的渗透稳定性。

游坡脚３００ｍ，底部取至基岩面以下１００ｍ。根据边界条件，建立有限元模型如图３所示，计算单元采用四节９９，单元数为１７８５

。点等参单元，其中节点数为１８

图２　

材料分区示意

图３　计算网格示意

３

上游运行水位８７３．４ｍ（Ｑ２６６００ｍ／ｓ，调蓄２％＝

后水位），下游水位取基坑开挖面高程７２３．０ｍ。

计算中取围堰概化模型左右侧、底边界为第二类边界（不透水边界），围堰上下游水位以下坡面为第一类边界（定水头边界），围堰下游水位以上的表面为溢流面（位置由迭代确定）。

２　围堰体渗流分析

渗流分析既是稳定分析的基础，也是围堰安全评价的重要方面。由于在施工过程和实际运行中防渗体可能出现裂缝和缺陷，而防渗体又是围堰渗流控制体系中的关键部位。因此，除了对正常运行条件下的渗流场进行分析外，有必要对局部破损条件下的渗流性态进行研究。

２．２　计算参数及计算工况