土石壩穩(wěn)定性評價與加固措施研究

摘 要:基于現場調研收集的相關壩體資料，應用GeoGBA程序和極限平衡理論對阜新電廠四灰場主壩進行穩(wěn)定性分析與評價;并據穩(wěn)定性評價結果，開展相應加固措施研究，得出最優(yōu)加固方法，為現場壩體運營提供重要參考。

關鍵詞:阜新電廠土石壩極限平衡法評價加固

中圖分類號:TV3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0058-02

引言

阜新電廠四灰場主壩位于阜新市北11km處，是該電廠粉煤灰及廢水的主要排泄場地[1]。場區(qū)地面標高界于219.40～417.60m之間，為低山丘陵區(qū)。整個大壩呈橢圓形，壩的南側為一“U”形谷，谷低較平坦，寬約100m。溝谷西側為黃土陡崖，崖高6～8m，近于直立。東側為居民區(qū)。西側壩肩為巖石山坡，坡度約為12°。東側壩肩部分為巖石山坡，部分為土山坡，山坡坡度約為15°，山坡上植被較差。大壩北側為一灰渣庫。在主壩東北角處有一副壩，副壩呈橢圓形，壩長約為50m左右，壩寬約為20m左右。主壩壩體為均質土石壩，壩高35m，壩長448.14m，頂寬為5m，底寬為45m。壩基標高為224.00m，壩體外側有一層碎石護坡，厚度約為0.3m。內側為碎石護坡，部分為草皮護坡。壩內水位很低，水主要集中在北側，南側可見壩底。

土石壩的穩(wěn)定性模擬是計算最危險滑動面，以及安全系數，研究最危險滑動面位置及安全系數，不僅給進一步研究此類問題提供依據，也給設計、施工、維護加固提供依據，開展阜新電廠四灰場壩體穩(wěn)定性評價與加固措施研究具有重要的理論意義和實用價值。

1 模型建立

分析軟件采用基于極限平衡理論的同濟曙光GeoFBA2D 4.0邊坡穩(wěn)定性分析軟件，搜索最危險滑動面位置，滑動面選擇自定義圓弧形滑動面。

安全儲備系數的確定大壩區(qū)工程地質條件的認識程度和對所收集到的資料的掌握程度，并考慮到研究區(qū)域邊坡的存留時間(<10年)及內排土場的建設速度等因素，選取安全儲備系數為1.25。

阜新電廠四灰場主壩，壩高35m，壩頂寬5m，壩底寬45m左右，壩底與兩側斜坡夾角為60°，壩體橫斷面為等腰梯形。由于壩體為土壩故其結構與地基結構相當，取L=2B。為便于計算，取地基為矩形區(qū)域比較符合程序要求。則所得計算模型如圖1所示。

壩基巖土層按三層考慮:土層厚約5.4m;砂石層厚約10.1m;底層為花崗巖。物理力學參數取為:

土層:，，;

砂石層:，，;

花崗巖層:，，。

對于壩體本身，筑壩材料為黃土。該土為黃～黃褐色，含少量碎石、角礫，稍濕，硬塑。壩體物理力學參數為:剪切模量S=3.79MPa，體積模量B=9.26MPa，密度=1.47g/cm3，內摩擦角=22.3°，凝聚力C=0.49MPa。

邊界條件設定為:左、右邊界x方向固定;底邊界y方向固定;壩體左側按最高水位設定;另一側為自由面;地表無荷載。

2穩(wěn)定性分析

阜新電廠四灰場土石壩工程未進行任何加固措施，也無任何外界荷載作用，模型無加筋結構，無坡面荷載。圖2為滑動面穩(wěn)定分析結果。

利用簡化畢肖普法計算最危險滑動面的安全系數Fs=1.0327，圓心坐標:(118.60，105.04)，半徑:20.013570。不符合國家大壩安全要求，需要對壩體進行加固。

3 壩體加固措施研究

3.1 加固方法研究

根據模擬試驗確定加固措施。對阜新電廠四灰場主壩進行不同加固措施優(yōu)化，得出不同安全系數。擬定不同加固方法見表1。

根據以上數據得出:

(1)土工布沒有提高安全系數的作用。

(2)相同的土釘比土錨安全系數提高更多。

(3)由于土釘、土錨造價較高，安全系數調高的不是很多，因此應盡量少用。

阜新電廠四灰場主壩工程定為二級邊坡，按照圓弧滑動面計算，安全系數是1.25。雖然土工布沒有起到安全系數的作用，但是土工布能防止上下層砂石、土體之間混雜，使土體更加穩(wěn)定，因此不可缺少。

據表1可見，采用土釘、土錨和土工布多種綜合方式進行加固效果最佳，因此每米設一排釘、一排土錨和鋪筑土工布方案對主壩壩體進行加固效果最優(yōu)。以下是采取的加固措施計算。

3.2 最危險情況下計算結果分析

對阜新電廠四灰場壩體進行土釘、土錨和土工布綜合加固措施，考慮最大水深35m。考慮最危險情況下的滑動面穩(wěn)定分析結果:安全系數Fs=2.2960，圓心坐標:(114.67，108.73)，半徑:13.96。滿足安全系數要求。

4結語

分析表明，阜新電廠四灰場土石壩未采取任何加固措施時，安全系數不滿足要求，需要采取相應加固措施。

經優(yōu)化分析，每米長壩體施加一排土釘、一排土錨和土工布，加固后安全系數為Fs=2.3415，而未加固前安全系數為Fs=1.0327，安全系數提高了1.3088，達到了土石壩安全系數要求，而且有利于主體壩體使用年限加長。在使用過程中，提高了安全儲備。

另外，考慮到壩體長期使用中水位線有可能抬高，考慮最不利水位，即水位達到壩頂水深35m時的壩體穩(wěn)定性，得出最危險滑動面位置，最小安全系數Fs=2.2960，雖然略小于水深為30m時的安全系數，但遠大于國際規(guī)定的二級邊坡按圓弧形滑動法的安全系數1.25，因此加固后的大壩可以滿足長期使用的要求。

參考文獻

[1]北京有色冶金設計研究院.阜新電廠灰渣庫設施施工圖、階段工程水文地質勘測任務書[R].1983:20～26.

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