坝基和坝肩施工期非稳定渗流场分析优化方案

小湾拱坝坝基岩体开挖最大深度达120m左右，从而在施工期形成高人工开挖边坡，使得施工期的稳定问题非常突出。为配合小湾拱坝坝基岩体开挖和加固的优化设计工作，需对开挖施工期间的非稳定渗流场进行研究。研究分为两个阶段：典型比选方案分析和优化方案分析。

一、典型比选方案分析

1.计算条件

开挖影响范围内对坝基变形及稳定有影响的断层30条，蚀变带4条，节理3组（图2-8-23），其产状见表2-8-8和表2-8-9。根据工程建设中揭示的工程地质条件，对结构面的产状进行了轻微调整。

表2-8-8　断层和蚀变带产状

续表

表2-8-9　节理面产状

图2-8-23　结构面及开挖面平面图

开挖计算大致按20m一个台阶进行模拟，划分为E1370、E1350、E1330、E1310、E1290、E1270、E1245、E1230、E1210、E1190、E1170、E1150、E1130、E1110、E1090、E1070、E1050、E1030、E1010、E0990、E0975和E0953等共22个开挖步（图2-8-23）。

计算模型上游以Y=37100m为边界，下游以Y=36400m为边界，左岸以X=14100m为边界，右岸以X=12800m为边界，底部高程为700.00m。采用块体单元识别方法，建立了小湾拱坝坝基开挖及加固分析用的块体单元系统，共有块体单元7873个，如图2-8-24和图2-8-25所示。

图2-8-24　小湾拱坝坝基开挖块体单元系统轴测图（比选方案）

2.计算成果

天然渗流场与代表性开挖步渗流场自由面等值线见图2-8-26～图2-8-30。计算时取上下游边界为不透水边界条件，左右岸边界为定水头边界条件（低于地表40～60m）。河床部位考虑施工期上下游围堰的水位分别为1034.95m和1005.91m。

二、优化方案分析

1.计算条件

图2-8-25　小湾拱坝坝基开挖块体单元系统渲染效果图（比选方案）

根据比选方案的分析结果，对开挖与加固方案进行调整，确定优化方案。本小节的研究为优化方案的变形与稳定分析提供配套的渗流场。优化方案分析的计算范围有所扩大，包括坝基、坝肩以上及电站进水口、部分水垫塘的开挖及加固。上游以Y=37200m为边界，下游以Y=36200m为边界，左岸以X=14200m为边界，右岸以X=12600m为边界，底部高程为700.00m（图2-8-31）。

图2-8-26　渗流场自由面等值线图（天然状态）

图2-8-27　渗流场自由面等值线图（开挖步E1230）(www.xing528.com)

图2-8-28　渗流场自由面等值线图（开挖步E1130）

图2-8-29　渗流场自由面等值线图（开挖步E1030）

图2-8-30　渗流场自由面等值线图（开挖步E0953）

图2-8-31　结构面及开挖面平面图

开挖过程的模拟还是大致按20m一个台阶进行，共划分为28个开挖步，各开挖步所对应的两岸开挖高程如表2-8-10所示。

采用块体单元识别方法，建立小湾拱坝坝基开挖及加固优化方案的块体单元系统，共有块体单元8660个，如图2-8-32和图2-8-33所示。

2.计算成果

天然渗流场与各开挖步渗流场自由面等值线如图2-8-34～图2-8-38所示。

表2-8-1　0开挖步与开挖高程

图2-8-33　小湾拱坝坝基开挖块体单元系统渲染效果图（优化方案）

图2-8-34　渗流场自由面等值线图（天然状态）

图2-8-35　渗流场自由面等值线图（开挖步E1230）

图2-8-36　渗流场自由面等值线图（开挖步E1130）

图2-8-37　渗流场自由面等值线图（开挖步E1030）

图2-8-38　渗流场自由面等值线图（开挖步E0953）