大坝抗震复核研究

摘要：我国极端天气、地震频发地区，很多病险水库相应地存在着不同程度的垮坝风险，尤其是病险水库，其己成为我国防洪体系中最薄弱的环节及最大的安全隐患。本文针对大坝抗震的问题展开了分析，并且以工程为例计算抗震复核，由此提出来一系列的整治方案。为以后的实际工程提供了有力的理论依据。

关键词：大坝；抗震；复核

Abstract: China's extreme weather, frequent earthquake, many dangerous reservoir accordingly there are different degrees of dam failure risk, especially dangerous reservoir, which has become the weakest link in flood control system in China and the largest potential safety hazard. This paper addresses the problem of earthquake resistance of the dam is analyzed, and the engineering as an example for calculating the seismic checking, thus put forward a series of improvement scheme. To provide a strong theoretical basis for the later actual engineering.

Keywords: dam; seismic; review

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

鉴于大坝水库遭受强震损坏可能对周围地区造成严重的次生灾害，因而为政府和公众所高度关注。面对中国水电发展中的这个关键技术问题的特殊挑战，在大坝抗震方面已开展了广泛深入的研究，并已取得了一系列在概念上有突破的新进展，以迎接21世纪我国水电建设高潮的到来。

1坝体地震作用效应

在大坝抗震设计对下列各个相当重要的问题，常难以作合理考虑：

（1）强震时坝体横缝的局部张开和错动；

（2）能量向远域地基逸散的地基辐射阻尼；

（3）在邻近坝体的近域地基内的地形影响和包括两岸拱座潜在滑动块体在内的各类地质构造影响；

（4）坝体－地基－库水的动态相互作用；

（5）沿坝基各点地震动输入的差异。

尤其是对大坝抗震安全而言，其坝肩岩体的抗震稳定性是有决定意义的。但在目前的坝工设计中，仍沿用传统的“刚体极限平衡方法”进行校核。这个方法将坝肩岩体视作刚体，既不能计及坝体和坝肩岩体间的动态相互作用，也不能反映两岸坝肩岩体的动力放大效应。

2工程概况

许家桥水库大坝为均质土坝，坝顶高程607.86m，最大坝高12.6m，坝顶长155m，坝顶宽10.2m（高程607.86仅1.7m宽，其余7.6m高程位置为606.96m）。上游坝坡坡比为1:1.7、1：2.5，下游坝坡坡比为1:3.25和1:1.2.25。大坝上、下游坝坡均未衬护，大坝下游无排水设施。

3 “5.12”地震后大坝产生了损坏情况

（1）大坝上游坝坡没有采取任何护坡措施，内坡局部坡度较陡，大坝上段坡比为1：1.7。现风浪淘蚀严重，极不平整，多处凹凸不平，且存在局部崩塌现像。大坝下游无任何排水设备，渗流容易使下游产生渗透破坏。

同时,在右坝肩发现有白蚁活动的现像,结合部位的坡面上有明显的泥线。

（2）水库放水施卧管底板及边墙发生多处断裂，渗漏呈射流状，渗漏总量达2.1 L/s，险情严重，是水库枢纽安全的一大隐患。

（3）水库大坝无观测设施，无法对大坝安全进行监测，不利于大坝安全管理。

（4）水库防汛抢险道路狭窄。①裂缝情况：大坝坝顶出现2条纵缝，1条位于坝顶中段防浪子堰坡脚处，长128m，最大宽度10cm，深度1.2m；另1条位于防浪子堰顶部中段，坝体右侧缝稍窄，中部到左坝肩部分稍宽，长度150m，缝宽0.5～5cm，地表缝稍小，往下比较大，可见深度0.4m。在对裂缝进行开挖时发现坝体碾压质量远远达不到规范要求。②渗漏情况：震后大坝下游原渗漏量无明显变化。

③ 溢洪道震损情况：溢洪道结构未见地震破坏情况。④ 放水设施震损情况：震后放水设施原渗漏并没有增加。同时，水库原有管理房在地震中严重受损，已无法使用。

4地震安全复核计算

4.1地震荷载

根据《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997及该工程实际情况要求，在此不仅考虑水平向地震作用，而且考虑竖向地震作用，并按最不利于坝坡稳定的情况计算。

4.2计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001，取上、下游坝坡计入地震时的坝坡稳定分析计算工况：

下游坝坡：

整治前：

（1）工况一：正常高水位605.36m形成的稳定渗流期；

（2）工况二：设计洪水位606.69m形成的渗流期。

整治后：

（1）工况一：正常高水位605.36m形成的稳定渗流期；

（2）工况二：设计洪水位606.88m形成的渗流期。

4.3计算方法及计算参数的选取

（1）计算方法

按《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997的要求，计入地震力的作用，根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001，采用拟静力法计算公式，用Quickbasic语言编写计算程序，在微机上对坝坡进行稳定校核计算分析。计算公式如下：

K=∑｛cbsecψ+［(w3+w4±Q’)cosψ-Qsinψ］tangΦ｝/∑［(w1+w2±Q’) sinψ+Mc/r］

其中：

K—抗滑稳定安全系数

r—圆弧半径

b—滑动体条块宽度

ψ—条块底面中点切线与水平线的夹角

w1—条块在坝坡外水位以上部分实重

w2—条块在坝坡外水位以下部分实重

w3—条块在浸润线以上部分实重

w4—条块在浸润线以下部分实重

Q—作用在条块重心处的水平向地震惯性力，即条块实重乘以条块重心处的KhCzai

Q’—作用在条块重心处的竖向地震惯性力，即条块实重乘以条块重心处的KhCzai/3

Kh—水平向地震系数

Cz—综合影响系数

ai—地震加速度分布系数

Mc—水平向地震惯性力Q对圆心的力矩

C、Φ—土体在地震作用下的凝聚力和摩擦角。

（2）计算参数的选取

除地震系数外，其余与5.2.1章节中各参数取值相同。

4.4下游坝坡稳定分析计算成果

整治前:

（1）工况一：其抗滑稳定是最小安全系数，Kmin=1.098，大于［K］=1.058;

（2）工况二：其抗滑稳定是最小安全系数，Kmin=1.072，大于［K］=1.058;

整治后:

（1）工况一：其抗滑稳定是最小安全系数，Kmin=1.11，大于［K］=1.058;

（2）工况二：其抗滑稳定是最小安全系数，Kmin=1.074，大于［K］=1.058;

4.5地震安全性综合评价

综合上述计算成果，在基本烈度为Ⅸ度的地震作用下，下游坝坡各工况的最小安全系数均大于规范允许值，满足规范要求。

5工程除险加固整治方案

（1）对大坝上、下游进行修坡，使大坝坝顶满足规范要求，增设防浪墙、上下游护坡和下游排水设备；

（2）对整个大坝坝基进行帷幕灌浆、坝体进行充填式灌浆,同时对右坝肩一带进行帷幕灌浆。可起到如下作用：充填裂隙或洞穴，恢复坝体的完整性，堵塞渗漏通道；改善坝体内应力条件，增加坝体稳定性；

（3）扩建溢洪道；

（4）改造放水设施；

（5）增设大坝位移与沉陷观测设施并新建水库管理房;

（6）改造整治水库防汛抢险道路1.5km;

6总结

我国水库普遍存在建设质量差、工程标准低、年久老化失修、库底淤积严重、溢洪道窄浅、配套设施不全等问题，致使水库安全隐患严重，时时威胁着下游群众的生命安全。故本文针对大坝抗震的问题展开了分析，并且以工程为例计算抗震复核，由此提出来一系列的整治方案。