大坝稳定性及应力复核优化策略

5.1.4.1　大坝建基面稳定应力计算

下水库大坝为1级建筑物，最大坝高107.5m，坝型为浆砌石重力坝，按规范要求应以材料力学法的计算成果作为确定坝体断面的依据。

结合本工程的施工情况，大坝加高时，库水基本放空，计算选取加高后新老坝体连成整体、外荷载由全断面共同承受的情况。

1.计算参数

（1）坝体容重：γ=23.0kN/m3。

（2）水容重：γw=10.0kN/m3。

（3）泥沙浮容重：γs=9.0kN/m3，内摩擦角15°。

（4）砌石体容许压应力见表5.1-3。

表5.1-3　砌石体容许压应力　单位：kN/m2

（5）扬压力折减系数α见表5.1-4。

表5.1-4　扬压力折减系数

（6）基础及坝体抗剪断参数指标见表5.1-5。

表5.1-5　基础及坝体抗剪断参数指标

2.荷载及其组合

（1）基本荷载包括：①坝体自重；②坝体上游面静水压力，选择正常蓄水位或设计洪水位进行计算，下游面静水压力取其相应的下游水位；③相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；④泥沙压力；⑤相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力；⑥相应于设计洪水位时的动水压力。

（2）特殊荷载包括：①校核洪水位时的静水压力；②相应于校核洪水位时的扬压力；③相应于校核洪水位时的浪压力；④相应于校核洪水位时的动水压力；⑤地震荷载。

（3）荷载组合。设计荷载组合分为基本组合和特殊组合两类，基本组合由基本荷载组成，特殊组合由相应的基本荷载与一种或几种特殊荷载组成，荷载组合情况详见表5.1-6。

表5.1-6　荷载组合表

3.计算成果控制标准

坝体抗滑稳定按抗剪断公式计算，抗滑稳定安全系数应满足表5.1-7的要求。

表5.1-7　抗滑稳定安全系数表

坝体应力在各种荷载组合作用下应符合下列要求：

（1）坝基面垂直正应力应小于砌体容许压应力，且最小垂直正应力应为压应力。

（2）施工期下游坝基面的垂直正应力允许有不大于0.1MPa的拉应力。

4.计算内容

坝体抗滑稳定计算考虑下列三种情况：沿垫层混凝土与基岩接触面滑动；沿砌石坝体与垫层混凝土接触面滑动；砌石坝体之间滑动；沿坝下基岩内部软弱夹层滑动。

坝体应力计算内容主要包括坝体内部各高程断面及坝基面的应力。

5.计算原理及公式

（1）坝体抗滑稳定按抗剪断强度公式计算为

式中　K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

　　　f′——滑动面上的抗剪断摩擦系数；

　　　c′——滑动面上的抗剪断凝聚力，MPa；

　　　A——滑动面截面积，m2；

　　　∑W——作用于计算截面以上坝体的全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；

　　　∑P——作用于计算截面以上坝体的全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的切向分值，kN。

（2）坝体应力按材料力学法公式计算为

式中　σy——计算截面上、下游面垂直正应力，kN/m2；

　　　∑W——作用于计算截面以上全部荷载铅直分力的总和，kN；

　　　∑M——作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和，kN·m；

　　　T——计算截面的长度，m。

6.计算依据和方法

利用《水利水电工程设计计算程序集》中“混凝土重力坝抗滑稳定及地基应力计算”程序计算各典型坝段剖面在各种荷载组合情况下坝体内部各高程断面及基础断面的稳定及应力；利用《混凝土重力坝设计规范》（DL 5018—1999）附录F中“坝基深层抗滑稳定计算”计算各软弱夹层面位置坝段剖面在各种荷载组合情况下的稳定。

7.稳定应力计算结果

分别选取溢流坝段、河床挡水坝段、岸坡挡水坝段的典型断面，对不同高程的计算截面进行稳定应力计算，计算洪水标准采用可行性研究阶段成果，即100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。计算结果见表5.1-8～表5.1-12。从计算结果分析，各坝段稳定及应力均能满足规范要求。

表5.1-8　溢流坝段稳定应力计算成果汇总表

表5.1-9　河床挡水坝段稳定应力计算成果汇总表

表5.1-10　岸坡挡水坝段（基底高程212.00m）稳定应力计算成果汇总表

续表

表5.1-11　岸坡挡水坝段（基底高程226.00m）稳定应力计算成果汇总表

表5.1-12　岸坡挡水坝段（基底高程249.10m）稳定应力计算成果汇总表

5.1.4.2　大坝深层抗滑稳定计算

1.计算参数

宝泉大坝坝基深层存在着夹1、夹2、夹8、夹9等软弱夹层，具体见地质平面及剖面图，其中夹2、夹8原坝修建时已经挖除。为分析坝体连同一部分岩体沿软弱夹层滑动的可能性，相应于最具滑动可能性的软弱夹层切取了三个剖面（桩号分别为：0+136.00，0+260.00，0+303.00，其截面计算见图5.1-2、图5.1-3、图5.1-4），进行了深层抗滑稳定计算。计算水位见表5.1-13，各截面相关参数分别见表5.1-14。

表5.1-13　计算水位

表5.1-14　计算参数

续表

2.荷载组合

设计荷载组合分为基本组合和特殊组合两类，基本组合由基本荷载组成，特殊组合由相应的基本荷载与一种或几种特殊荷载组成，荷载组合情况详见表5.1-15。

表5.1-15　荷载组合表

注（a）为坝体自重；
（b）为坝体上游面静水压力，选择正常蓄水位或设计洪水位进行计算，下游面静水压力取其相应的下游水位；
（c）为相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；
（d）为泥沙压力；
（e）为相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力；
（f）为相应于设计洪水位时的动水压力；
（g）为校核洪水位时的静水压力；
（h）为相应于校核洪水位时的扬压力；
（i）为相应于校核洪水位时的浪压力；
（j）为相应于校核洪水位时的动水压力。

3.计算依据和方法

计算有两种方法，一种是《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2005）附录E中“坝基深层抗滑稳定计算”方法。一种是《混凝土重力坝设计规范》（DL 5018—1999）中“8.结构计算基本规定”以及附录F中“坝基深层抗滑稳定计算”方法。

4.第一种计算方法及结果

采用双滑动面等安全系数法，采用抗剪断公式计算：

式中　、、K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

　　　W——作用于坝体上全部荷载（不包括扬压力，下同）的垂直分值，kN；

　　　H——作用于坝体上全部荷载的水平分值，kN；

　　　G1、G2——坝基与深层滑动面之间岩体、坝后滑出岩体重量的垂直作用，kN；

　　　、——坝基下深层滑动面、坝后滑出面的抗剪断摩擦系数；

　　　、——坝基下深层滑动面、坝后滑出面的抗剪断凝聚力，kPa；

　　　A1、A2——坝基下深层滑动面、坝后滑出面的面积，m2；

　　　α、β——坝基下深层滑动面、坝后滑出面与水平面的夹角；

　　　U1、U2、U3——坝基下深层滑动面、坝基下深层滑动体与坝后滑出体之间截面、坝后滑出面上的扬压力，kN；

　　　Q、φ——分别为坝基下深层滑动体与坝后滑出体之间截面上的作用力及其与水平面的夹角。夹角φ值需经论证后选用，从偏于安全考虑φ可取0°。

分别对各软弱夹层位置坝段断面进行稳定计算，计算洪水标准采用200年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。计算结果见表5.1-16。从计算结果分析，各坝段稳定均能满足规范要求。

表5.1-16　深层抗滑稳定计算成果汇总表

5.第二种计算方法及结果

坝体极限状态设计公式，参见图4.1-10和式（4.1-10）。

式中　γ0——结构重要性系数，对应于结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9；

　　　ψ——设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取用1.0、0.95、0.85；

　　　S（·）——作用效应函数；

　　　R（·）——结构及构件抗力函数；

　　　γG——永久作用分项系数；

　　　γQ——可变作用分项系数；

　　　GK——永久作用标准值；

　　　QK——可变作用标准值；

　　　aK——几何参数的标准值（可作为定值处理）；

　　　fK——材料性能的标准值；

　　　γm——材料性能分项系数；

　　　γd1——基本组合结构系数。

图5.1-1　双斜面滑动示意图

其中

式中　∑W——垂直力之和；

　　　G1、G2——坝基与深层滑动面之间岩体、坝后滑出岩体重量的垂直作用；

　　　、——坝基下深层滑动面、坝后滑出面的抗剪断摩擦系数；

　　　、——坝基下深层滑动面、坝后滑出面的抗剪断凝聚力；

　　　A1、A2——坝基下深层滑动面、坝后滑出面的面积；

　　　α、β——坝基下深层滑动面、坝后滑出面与水平面的夹角；

　　　U1、U2、U3——坝基下深层滑动面、坝基下深层滑动体与坝后滑出体之间截面、坝后滑出面上的扬压力；

　　　Q——坝基下深层滑动体与坝后滑出体之间截面上的作用力；

　　　φ——坝基下深层滑动体与坝后滑出体之间截面上的作用力Q与水平面的夹角。

作用效应函数：

(www.xing528.com)

式中　∑Pd——作用于深层滑动面的全部切向（包括滑动面以上岩体）作用之和。

在这里，下水库大坝为1级建筑物，结构安全级别为Ⅰ级，γ0取1.1；持久工况ψ取1.0，偶然工况ψ取0.85；深层抗滑稳定中γd1取1.2。各作用分项系数、材料分项系数根据《混凝土重力坝设计规范》（DL 5018—1999）选取，见表4.1-64和表4.1-65。

各个力作用位置方向见图5.1-1，各截面计算示意图见图5.1-2～图5.1-4。

图5.1-2　0+136.00处截面计算简图（尺寸、高程单位：m）

图5.1-3　0+260.00处截面计算简图（尺寸、高程单位：m）

图5.1-4　0+303.00处截面计算简图（尺寸、高程单位：m）

分别对各软弱夹层位置坝段断面进行稳定计算，计算洪水标准采用200年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。计算结果见表5.1-17。从计算结果分析，各坝段稳定均能满足规范要求。

表5.1-17　深层抗滑稳定计算成果汇总表

5.1.4.3　大坝三维有限元分析

下水库大坝利用已建的宝泉水库大坝改建而成，坝型为整体式浆砌石重力坝，改建后最大坝高达到107.5m，为国内最高的浆砌石重力坝。

针对下水库大坝属1级建筑物、坝体较高、坝体各分区材料异弹模特性、坝身为整体结构不设横缝、地震设计烈度为8度等特点，对大坝进行了三维有限元静力与动力分析。计算采用ANSYS大型有限元分析程序，单元剖分采用6面体8节点实体单元，单元最大边长不超过5m，分别对已建坝体和加高后的坝体建立了三维有限元实体模型，已建坝体单元数94898，节点数104491；加高后坝体单元数105454，节点数114830。

计算分别对已建和加高后的坝体在基本荷载组合、特殊荷载组合、施工期等工况进行了三维有限元分析，并对廊道周边应力、新老坝体接合面的应力、面板与坝体接触面的应力、材料变异敏感性、坝体动力等进行了专题分析。

1.大坝静力三维有限元计算

（1）计算条件。宝泉下水库为1级建筑物，坝型为整体式浆砌石重力坝，最大坝高107.50m，坝顶长度508.30m。坝址区最冷月平均气温-0.9℃，属温和地区。最大风速17.2m/s，设防烈度8度。宝泉下水库水位特征值见表5.1-18，坝体材料物理参数见表5.1-19，计算工况见表5.1-20。

表5.1-18　宝泉下水库水位特征值

表5.1-19　宝泉下水库坝体材料物理参数

表5.1-20　计算工况

注 ①—水压力；②—坝体自重；③—泥沙压力；④—扬压力；⑤—动水压力；⑥—地震荷载。

（2）基本假定。

1）坐标系的建立。采用笛卡尔三维坐标系，以挡水墙左侧面与高程为196.00m廊道左下角的交点为整体笛卡尔坐标系原点，x为顺河流方向，指向下游为正；y为垂直方向，向上为正；z为坝轴线方向，指向右岸为正。

2）有限元计算范围。根据圣维南原理，为了解除山岩和坝基边界条件对坝体受力的影响，尽量扩大有限元的计算范围。坝基深度（y方向）取180m，约为两倍的坝高；沿顺河流向（x方向）在坝踵、坝趾上下游各取150m；左、右岸岩体各向外扩150m，并高出坝顶10m。最后确定计算模型长（z）815m、宽（x）397.4m、高（y）286.0m，有限元模型的计算范围为：-161.2m≤x≤236.2m，-213.5m≤y≤72.5m，-370m≤z≤445m。

3）有限元计算网格剖分。三维有限元分析均采用6面体8节点实体单元，根据三维有限元结构模型的计算范围和坝体几何特征，首先建立了新、老坝体的三维有限元结构实体模型。然后根据实体模型进行单元网格剖分，剖分结果见表5.1-21。

表5.1-21　单元网格剖分结果

4）边界条件。由于计算范围取值较大，基本可以认为坝体的作用不会影响到边界岩体的变形，所以坝基底面及四周垂直岩面均采用固端约束。

岩体已处于自然稳定状态，岩体自重并不会引起岩体新的变形，有限元分析时，不计岩体的自重。

（3）计算结果。为了便于对三维有限元的计算结果进行系统分析，特选取了8个典型断面。由于溢流坝段较长（109m）选取了3个典型断面，在左右岸较高的挡水坝段各取2个典型断面，见表5.1-22。各种工况典型断面的应力范围见表5.1-23～表5.1-29。

表5.1-22　典型断面位置及桩号

表5.1-23　工况1典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

表5.1-24　工况2各典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

表5.1-25　工况3各典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

表5.1-26　工况4各典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

表5.1-27　工况5各典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

表5.1-28　工况6老坝体各典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

表5.1-29　工况7老坝体各典型断面的应力范围　单位：kPa

注 负值表示压应力，正值表示拉应力；最大值和最小值为坝体某典型断面的应力云图的极值。

2.大坝动力三维有限元分析

（1）动力计算条件。

1）动力参数。在静力计算的基础上，对坝体进行了三维有限元动力分析，以验证在8度地震力作用下坝体的强度。动力计算时，考虑水平向和竖向地震作用，上游水位采用正常蓄水位260.00m。

根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL 5073—2000），坝体动力响应计算采用抗震规范推荐的振型分解反应谱法进行计算。设计反应谱最大值的代表值βmax按重力坝取2.00，场地的特征周期Tg按Ⅰ类场地取为0.20。竖向设计地震加速度的代表值av、水平向设计地震加速度ah、设计反应谱下限值的代表值βmin等参数按抗震规范如下确定，见表5.1-30。

表5.1-30　动力参数

根据抗震规范，坝体材料动态弹模可较静态弹模提高30%；考虑坝基岩体为零质量，其余参数同静力分析工况5（表5.1-27）。

2）地震动水压力。采用振型分解反应谱法进行计算时，水体附加质量采用抗震规范规定的动水压力值进行计算。利用下式计算的地震动水压力折算为与单位地震加速度相应的坝面附加质量

式中　Pw——竖向迎水面水深h处的地震动水压力代表值；

　　　ρw——水体密度标准值；

　　　H0——水深。

计算时，根据式（5.1-8），沿h分3段积分，得到各段水体附加质量的平均值，然后加在坝体上游面板的各个单元上。

（2）动力计算成果。坝踵、坝趾、挑坎处及166m高程廊道上下游边缘的动态应力、静态应力及其叠加结果见表5.1-31。

表5.1-31　动态应力与静态应力的叠加计算表

续表

仅考虑地震单独作用时，各项动应力的最大和最小值，基本出现在坝体表面上，坝体内部的动应力均相对较小。溢流坝段的最大值出现在坝体上下游面边缘处；σx、σy最大值也出现在上下游边缘处，且在坝体内部σx自下而上逐渐增大，σy自下而上逐渐减小。

3.三维有限元静动力分析结论

（1）坝体应力在各种工况下基本满足规范要求，但在坝踵、溢流坝反弧段及廊道周围较小区域内出现了拉应力。

（2）坝体左右岸受力、变形基本对称。

（3）新砌筑坝体材料特性对结合面的应力影响不敏感。

（4）坝身不设横缝且坝体较高，坝体相对较柔，自振频率较低。

（5）8度地震作用不会对坝体造成破坏性的影响。

由表5.1-31可以看出，动应力与静应力叠加后，坝体可能最大总压应力σ3为-4240.74kPa，出现在坝趾。坝体可能最大拉应力σ1为2629.19kPa，出现在坝踵，范围很小，可视为局部应力。

由于动力分析采用了三维模型，下库大坝又是整体的，沿坝轴线方向较柔，高阶振型的影响衰减很慢，采用振型分解法计算的应力较大，坝踵出现了2629.19kPa的拉应力，但范围很小，满足规范有限元法计算控制标准“拉应力区宽度小于坝底宽度的0.07倍或坝踵至帷幕中心线的距离”的要求。

按照《水工建筑物抗震设计规范》（DL 5073—2000）的规定，混凝土动态强度标准值可较其静态标准值提高30%，混凝土动态抗拉强度的标准值可取为动态抗压强度标准值的10%。根据《混凝土重力坝设计规范》（DL 5108—1999）中表8.4.3-1，C20、C25混凝土抗压强度标准值分别为18.5MPa、22.4MPa，则动态抗压强度标准值为24.1MPa、29.1MPa，动态抗拉强度标准值分别为2.41MPa和2.91MPa。根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL 5073—2000）中式（4.7.1），考虑重要性系数λ0=1.1、设计状况系数ψ=0.85、结构系数γd=0.7（DL 5073—2000中6.1.7）、材料分项系数γm=1.0（DL 5073—2000中4.7.3，其他规范无规定的情况），则折算成允许拉应力为：C20：3.68MPa，C25：4.44MPa，大于计算最大拉应力2.62919MPa。

综合上述两点原因，坝踵没有采用特殊的抗震处理措施。

5.1.4.4　大坝特殊问题专题计算与研究

1.说明

由于宝泉下水库大坝是在原大坝的基础上加高而成，施工过程发现一些与原设计、竣工图不符合的地方，加之蓄水方式与原设计方案有所改变等，有必要针对一些特殊问题开展深入研究。

2.大坝专题研究的内容

（1）蓄水方式研究。本次加高坝体，为较好的进行上游防渗面板的施工，采用放空水库，旱地施工的方式。水库蓄水方式的不同将对坝体应力产生不同的影响，因此需要研究坝体蓄水方式对坝体变形、稳定及应力的影响。

（2）异弹模对坝体受力的影响规律研究。宝泉抽水蓄能电站下水库大坝是在老坝体的基础上进行加高而成，一方面老坝体的弹性模量难以准确给定，另一方面新坝体（后期加高部分）与老坝体的材料特性存在着较大的差异。弹性模量的不确定性和差异性对坝体受力的影响规律值得深入研究。

（3）特殊坝段稳定应力分析。本次加高坝体，是在原坝体上进行的，出现一些不规则的特殊坝体断面。这些坝段的特殊问题是基础面出现高倾角（大角度倾向下游），坝体的稳定问题非常值得关注。因此，需要对特殊坝段进行稳定分析，研究影响坝体稳定性的主要因素，对坝体稳定性作出科学评价。

（4）上游面板分缝研究。宝泉下水库为浆砌石重力坝，本次加高采用上游混凝土面板进行防渗，坝轴线长508.3m，最大面板高度86～94m（溢流坝86m，挡水坝段94m）。施工中发现坝前出现浆砌石台阶，且坝体相邻基础面高差较大，混凝土面板分缝极为重要。另外，温度荷载对面板的受力影响也值得关注。因此，需对混凝土面板的分缝方案进行研究。

3.大坝专题研究结论

（1）异弹模对坝体受力的影响规律。①当新、老坝体材料弹性模量在一定允许范围内变化时，老坝体的弹性模量为6.5～7.5GPa，新坝体的弹性模量为5.0～9.0GPa，坝体的强度均满足要求；②随着坝体弹性模量的增加，坝体的整体刚度逐渐增大；③坝体弹性模量改变对坝体受力有较大影响，施工过程中要保证工程质量；④老坝体弹性模量对河床坝段十分重要，弹性模量越大，对河床坝段越有利；⑤应注重新老坝体结合面的施工质量，使新老坝体充分结合。

（2）蓄水方式对坝体受力的影响规律。①当蓄水位在244～260m变化时，基本能够保证坝体的应力在允许范围内；②蓄水方式对坝体垂向正应力的影响较大，坝体垂向正应力与上游水位基本呈线性关系；③正常蓄水位时，坝踵垂向正应力接近0，即处于圧应力与拉应力的临界状态。因此，水库投入运行后，当上游蓄水位超过260m时应当给予高度关注。

（3）特殊坝段稳定分析。①特殊坝段的坝体强度满足要求；②0+095、0+100特殊坝段在各种工况下的抗滑安全系数为4.12～5.20，均满足抗滑稳定要求；③假设坝体为独立体的情况下，0+095、0+100特殊坝段的抗倾覆系数分别为1.27和1.29（均大于1.0），不存在倾覆问题；④0+095、0+100特殊坝段重心均倾向上游，保证了坝体稳定安全。说明特殊坝段的断面设计和技术处理合理；⑤控制工况设计洪水位情况下，当凝聚力C=0.5MPa时，抗滑稳定安全系数K=2.987，不满足抗滑稳定要求，当凝聚力C=0.6MPa时，抗滑稳定安全系数K=3.193，当凝聚力C=0.7MPa时，抗滑稳定安全系数K=3.400，均满足抗滑稳定要求，说明保证特殊坝段的施工质量对坝体的稳定安全至关重要。

（4）上游面板分缝方案研究。温度荷载是研究分缝方案的重要因素。分缝与否对面板的受力有一定影响，但不起控制作用，面板分缝方案设计合理。

5.1.4.5　200年一遇设计洪水标准坝体稳定复核

1.计算说明

宝泉下水库原设计洪水标准为100年一遇，2006年6月宝泉下水库进行了初期蓄水安全鉴定，对宝泉电站洪水复核的基础上提出按现行规范要求，下水库大坝设计洪水标准应采用200年一遇控制。

根据下水库初期蓄水安全鉴定的意见，按照设计洪水定为200年一遇，上游设计洪水位265.82m，下游尾水位173.79m，相应100年一遇设计洪水标准，水库上游水位增高了1.1m，按照这种结果对大坝溢流坝段（0+230.50～0+345.50）、河床挡水坝段（0+135.84～0+230.50、0+345.50～0+415.00）、岸坡坝段（0+013.70～0+135.84、0+415.00～0+522.00）进行稳定应力复核，计算方法为材料力学法，计算结果见表5.1-32。

表5.1-32　下水库大坝200年一遇设计洪水抗滑稳定、应力计算成果表

根据上述计算，溢流坝段在200年一遇设计洪水位情况（库水位265.82m，下游水位173.79m），162.50m高程（砌石坝体与垫层混凝土接触面）的抗剪断安全系数为2.94，不满足安全系数3.0的要求。

河床挡水坝段在200年一遇设计洪水位情况（库水位265.82m，下游水位173.79m），162.50m高程（砌石坝体与垫层混凝土接触面）的抗剪断安全系数为2.95。

岸坡挡水坝段在200年一遇设计洪水位情况下（库水位265.82m，下游水位173.79m），213.50m高程（砌石坝体层间）的抗剪断安全系数为2.93。

根据现行规范的要求，需要将设计洪水标准提高到200年一遇，为了保证抗滑稳定安全系数大于3.0，则应采用相应的加固工程措施。

2.加固方案选择

根据下水库的特性，曾考虑了设汛前限制水位、降低溢流堰顶高程、清理下游河道及坝后加护坦（后戗）多种方案。经比较选用坝后加后戗方案。

本方案是在坝后加护坦（戗体）来满足大坝稳定要求。根据初步估算溢流坝段坝后加混凝土护坦，护坦总厚7.5m（其中162.50m高程以上5m），宽10m，挡水坝段加砌石后戗体宽10m，总高12.5m（其中162.50高程以上后戗体10.0m），即可满足要求。该方案的特点是不影响水库兴利库容，不影响发电，相对下游河道清理方案投资比较节省。

3.加固坝体断面拟定及布置

此次需要考虑加固的有河床挡水坝段，桩号0+218.50～0+230.50，溢流坝段桩号0+230.50～0+302.50，岸坡坝段桩号左岸0+112.00～0+127.00，右岸桩号0+415.00～0+440.00。

（1）溢流坝段。溢流坝段长109m，其中靠近右岸从桩号0+295处基岩已经抬高，不存在162.50m高程，实质上存在162.50m高程的情况只有桩号0+230.50～0+302.50段，长72.5m需要加固。加固考虑在溢流坝段挑流鼻坎末端下部布设护坦，既作为坝体稳定后戗，同时又可以作为坝后护坦，保护挑坎附近河床基础。目前溢流坝下游河床高程为164.00～167.00m高程，根据计算溢流坝层间在167.00m高程以上满足稳定要求，故下游护坦顶板高程初步控制在167.50m高程，坝基162.50m高程以上护坦厚5m，162.50m以下至基岩基础为2.5m厚，护坦总厚度7.5m，护坦宽度10.0m。护坦上部设1.0m厚C25钢筋混凝土护板，下部6.5m采用素混凝土。基础设锚杆和基岩连接，以保证护坦稳定，锚杆长4.0m，入岩深度3.0m，梅花形布置，间排距1.5m；护坦基础设排水孔，排水孔采用PVCφ100mm，间排距3.0m。基础下基岩进行固结灌浆。护坦和坝体连接采用插筋，插筋间排距1.0m，护坦和坝体连接部位设2.0m厚微膨胀混凝土后浇带。

（2）河床挡水坝段。挡水坝段主要集中在左岸，桩号为0+218.50～0+230.50，长12m。0+218.50靠左岸岸坡已接近岩石边坡，基础抬高，不需加固。其中该段在大坝171.00m高程有一导流底孔（桩号0+220.00）在此穿过。根据现场查勘，原老坝坝后已有戗体，戗体在162.50m高程以上高约10.7m，戗体顶部高程173.21m，顶宽约12.0m，戗体为浆砌石结构，初步考虑利用已有戗体进行复核计算，若现有戗体不够，再考虑在戗体上面加高或加厚。

（3）岸坡挡水坝段。岸坡坝段根据原水库设计图纸，坝基基础高程为213.50m，按此计算200年一遇洪水标准计算，大坝最小安全为2.97，不满足设计要求，但根据计算如果大坝基础高程在214.50m时大坝安全系数为3.0，见表5.1-33。说明岸坡坝段基础只要高于214.50m，200年一遇大坝稳定是不存在问题的。

施工期，根据大坝基础开挖情况，实际左岸大坝砌石基础最低高程为216.40m，右岸砌石基础最低高程217.00m，均大于满足坝体层间稳定的砌石高程214.50m高程，因此岸坡坝段基础目前不存在低于214.50m高程的情况，因此岸坡坝段已经满足200年一遇的要求，可以不再考虑加固。

表5.1-33　200年一遇洪水加固岸坡坝段抗滑稳定、应力计算成果汇总表

4.加固断面稳定计算

（1）计算参数。溢流坝下加护坦的抗剪断参数采用f=1.0，c′=1.1MPa，河床挡水坝段坝后戗体的抗剪断参数采用f=1.0，c′=0.6MPa，坝后戗体容重γ=23.0kN/m3。

（2）计算结果。根据上述加固措施分别对溢流坝段和挡水坝段进行稳定及应力复核，计算结果溢流坝下加护坦的稳定计算最小安全系数为3.09，对应上游面垂直正应力为1016.0kN/m2，下游面垂直正应力878.0kN/m2。挡水坝段利用现有后戗体稳定安全系数最小3.03，对应上游面垂直正应力为766.0kN/m2，下游面垂直正应力为1551.0kN/m2，均满足设计要求。

按上述对大坝进行加固后，200年一遇洪水情况大坝稳定应力已经满足要求，计算应力都在设计范围之内，且和100年一遇洪水情况相比大坝应力差别不是很大，因此不再补充200年一遇洪水情况三维有限元计算。