某城区病险水库大坝险情成因分析、加固措施及抗震安全研究

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在对产生局部滑塌问题的大坝进行修复加固后,往往难以确定其安全性。为了解决此类问题,本文以一实际工程为例,建立修复后大坝的数值计算模型,结合勘测资料及相关规范,通过调洪演算确定了水位变化参数,并对数值反演理论进行了研究分析,以浸润线监测数据和实际工程问题为样本值,通过参数反演确定了大坝的物理力学参数;结合勘测资料,使用有限元方法对病险问题成因进行了分析;分别从三个横剖面、五种工况对大坝渗流安全性、稳定性以及抗震性能进行了计算分析,并在正常参数基础上将渗透系数提高1.5倍,强度参数降低5%,进行了参数敏感性分析,最后将计算成果与实测资料相结合对修复后大坝的安全性做出了评定。主要的工作和结论如下:(1)对大坝周边工程地质资料进行了汇总分析,发现此水库地处市区边缘,且受亚热带季风气候影响,较易出现暴雨,且周边具备发生6级地震的构造条件,所以在对其安全性进行计算时需考虑地震及降雨导致的库水位升降的影响。(2)通过对1000年一遇设计洪水位与校核洪水位进行调洪计算,确定了足以反映实际工况的库水位变化速度,以此为例,可知当具有工程相关流量资料和暴雨资料时,可通过调洪演算确定实际工程的水位变化速度,且此参数的准确度与实际工程相符。(3)由于根据勘测资料所确定的物理力学参数与实际工况有所差异,为确保计算成果的准确性,本文对数值反演理论进行了研究分析,结合马尔科夫链蒙特卡罗法计算机理,总结出可用于此实际工程的数值反演方法。结合实测数据,以实测浸润线和实际工程问题为样本值,将监测数据与有限元计算成果对比分析,并结合下游坝坡局部滑塌问题对大坝物理力学参数进行数值反演,最终确定了符合工程现状的数值计算参数。(4)基于大坝现场检查资料和地质勘探资料,对大坝各部位的安全性进行了分析,发现大坝下游坝坡含水量偏高,在暴雨后发生局部滑塌,急需修复,且排水棱体由于设计问题也可能影响市区安全;结合实际工程地质勘察资料对下游坝坡滑塌成因进行有限元分析,发现主要成因是:塌滑体土体为人工填土,以重粉质壤土为主,大量的降雨致土体饱和后,其抗剪强度明显下降,塌滑体及附近岸坡坡比又在1:2.0左右,坡度较陡,最后致使下游草皮护坡及部分浅层土体在暴雨后发生失稳塌滑。(5)对下游坝坡滑塌体进行修复加固后,使用Geostudio软件建立数值模型,对大坝渗流、稳定性及抗震进行了分析计算。在三个不同横剖面上分别对大坝正常蓄水位、PMF水位、以及以2.0m/day、4.0m/day速度从正常蓄水位降落到死水位、从PMF洪水位降落到汛限水位五种工况进行计算,并提高1.5倍渗透参数,降低5%强度参数,进行参数敏感性分析,对各工况下不同横剖面的流速、浸润线出入口高程、渗流压力、渗透坡降、渗流量、最小安全系数以及最小安全系数随时间变化图进行了深入分析。结果表明:水库在PMF水位时,土体渗透坡降接近允许坡降,且浸润线出溢口较高,说明此水位下,坝坡渗透稳定性安全余度较低;在库水位以4m/day速度下降时,大坝安全系数都略低于规范值,说明在大坝运行期间需控制库水位的降落速度;横剖面1-1、2-2在进行参数敏感性分析时显示坝坡安全系数偏小,说明此剖面下坝坡稳定性安全储备不足,有失稳可能;水库在PMF水位时,大坝下游坝坡抗震稳定性安全系数只略大于规范值,且在参数敏感性分析时,上下游坝坡安全系数均不满足要求,说明大坝在修复后抗震稳定性安全储备依然不大,但满足正常条件下的抗震要求。
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