大渡河丹巴水电站坝基深厚覆盖层工程地质研究
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摘要
至到2006年,我国水力资源理论蕴藏量为6.19万亿千瓦时;而仅西部的水能蕴藏总量占全国的80%以上,其开发的潜力十分巨大。但该地区的河床普遍发育深厚覆盖层——厚度一般大于30m,评价其工程地质性质已成为西部水电开发过程中常遇到的难题之一。
拟建丹巴水电站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴县境内,是大渡河干流水电规划中的第8级电站,最大坝高116m,初拟装机容量156万kW。其坝址覆盖层工程地质条件比较复杂,最厚超过100m,且物质成份、结构及其成因复杂;各层物理力学性质和工程地质性质差异较大;特别在是坝基覆盖层中发育三层堰塞湖相沉积砂土层和数目众多厚度不一的砂土透镜体的情况下,坝基稳定问题尤显突出。
在勘查资料、现场原位测试资料及室内试验等资料的基础上,分析了水卡子坝址深厚覆盖层中各层土的空间展布情况及工程特性,对坝址覆盖层地基承载力、地基沉降、渗透变形、砂土液化等进行了综合评价分析。
分析结果表明抗滑稳定性满足工程需要;渗流模拟分析表明应该采用必要的渗流控制措施,控制覆盖层的渗流;沉降计算和数值模拟表明坝基的最大值沉降量满足规定要求;在Ⅶ度地震作用下,③、④、⑤层有发生砂土液化的可能。综合评价,选择④-2层为主要持力层,高程1940m为大坝建基面高程。
对采用了渗流控制方案后的覆盖层渗流场进行模拟计算,结果表明灌浆帷幕能够有效地起到截渗的作用,控制覆盖层渗流效果明显。建议对埋深较浅的砂土体采用置换法处理,对于埋深较深的砂土体采用灌浆方法进行处理。
By 2006, the theories reserves of water power resources are 6.19×10~(12) kWH in China, and it is more than 80 percent of the country's in the west of China. So this region has immense hydropower development potential. However, the riverbeds of this region's rivers are the deep overburden whose thickness is general more than 30m. The engineering geology evaluation of those deep overburden has become a problem in the hydropower development process.
The proposed Danba hydropower station located in Danba County of Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, is the eighth hydropower station in the Dadu river hydropower development plan. Its dam height is 116m, and its installed capacity is 1.56×10~6kW. The engineering geology condition, composition, structure and origin of the overburden whose the most thichness is more than 100m are quite complex in the dam site. The physical properties, mechanical properties and engineering geological character of the overburden's each parts are great different. It should be noted that there are three sand layers that are iacustrine sediments and large number of sand lens whose thichness is different. So the problem of dam stability is especially prominent.
Based on those data of exploration, in-situ tests and laboratory tests, the spatial distribution and the engineering geological property of the overburden will be analyzed in the Shuikazi dam site. The allowable bearing capacity, the settlement of ground, the seepage field and the liquefaction of sand will be analyzed too.
The analysis result indicated that the anti-slide stability of the dam meets the project needs. The seepage analysis result indicated that some seepage control measures should be used to decrease the leakage. The settlement calculation result and the finite element analysis result indicated that the maximum settlement value of the overburden meets the project needs. If aⅦearthquake takes place in the dam site, the sand of the③layer, the④layer and the⑤layer will take place liquefaction. Finally, the④-2 layer is considered as bearing stratum, and the elevation of the dam foundation is 1940m.
A finite element model is built to simulate the seepage field of the overburden that is done curtain grouting, and the simulation result indicated that the curtain grouting can effectively decrease the leakage. The ground treatment option that are the dynamic consolidation replacement option that is use to treat the depth shallow sand and the grouting option that is use to treat the depth deep sand will be done.
拟建丹巴水电站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴县境内,是大渡河干流水电规划中的第8级电站,最大坝高116m,初拟装机容量156万kW。其坝址覆盖层工程地质条件比较复杂,最厚超过100m,且物质成份、结构及其成因复杂;各层物理力学性质和工程地质性质差异较大;特别在是坝基覆盖层中发育三层堰塞湖相沉积砂土层和数目众多厚度不一的砂土透镜体的情况下,坝基稳定问题尤显突出。
在勘查资料、现场原位测试资料及室内试验等资料的基础上,分析了水卡子坝址深厚覆盖层中各层土的空间展布情况及工程特性,对坝址覆盖层地基承载力、地基沉降、渗透变形、砂土液化等进行了综合评价分析。
分析结果表明抗滑稳定性满足工程需要;渗流模拟分析表明应该采用必要的渗流控制措施,控制覆盖层的渗流;沉降计算和数值模拟表明坝基的最大值沉降量满足规定要求;在Ⅶ度地震作用下,③、④、⑤层有发生砂土液化的可能。综合评价,选择④-2层为主要持力层,高程1940m为大坝建基面高程。
对采用了渗流控制方案后的覆盖层渗流场进行模拟计算,结果表明灌浆帷幕能够有效地起到截渗的作用,控制覆盖层渗流效果明显。建议对埋深较浅的砂土体采用置换法处理,对于埋深较深的砂土体采用灌浆方法进行处理。
By 2006, the theories reserves of water power resources are 6.19×10~(12) kWH in China, and it is more than 80 percent of the country's in the west of China. So this region has immense hydropower development potential. However, the riverbeds of this region's rivers are the deep overburden whose thickness is general more than 30m. The engineering geology evaluation of those deep overburden has become a problem in the hydropower development process.
The proposed Danba hydropower station located in Danba County of Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, is the eighth hydropower station in the Dadu river hydropower development plan. Its dam height is 116m, and its installed capacity is 1.56×10~6kW. The engineering geology condition, composition, structure and origin of the overburden whose the most thichness is more than 100m are quite complex in the dam site. The physical properties, mechanical properties and engineering geological character of the overburden's each parts are great different. It should be noted that there are three sand layers that are iacustrine sediments and large number of sand lens whose thichness is different. So the problem of dam stability is especially prominent.
Based on those data of exploration, in-situ tests and laboratory tests, the spatial distribution and the engineering geological property of the overburden will be analyzed in the Shuikazi dam site. The allowable bearing capacity, the settlement of ground, the seepage field and the liquefaction of sand will be analyzed too.
The analysis result indicated that the anti-slide stability of the dam meets the project needs. The seepage analysis result indicated that some seepage control measures should be used to decrease the leakage. The settlement calculation result and the finite element analysis result indicated that the maximum settlement value of the overburden meets the project needs. If aⅦearthquake takes place in the dam site, the sand of the③layer, the④layer and the⑤layer will take place liquefaction. Finally, the④-2 layer is considered as bearing stratum, and the elevation of the dam foundation is 1940m.
A finite element model is built to simulate the seepage field of the overburden that is done curtain grouting, and the simulation result indicated that the curtain grouting can effectively decrease the leakage. The ground treatment option that are the dynamic consolidation replacement option that is use to treat the depth shallow sand and the grouting option that is use to treat the depth deep sand will be done.
引文
[01]中华人民共和国建设部,国家质量技术监督局.水利水电工程地质勘察规范 GB50287-1999,北京:中国计划出版社,1999
[02]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.岩土工程勘察规范 GB50021-2001,北京:中国建筑工业出版社,2002
[03]中华人民共和国建设部,国家质量监督局检验检疫总局.建筑抗震设计规范 GB50011-2001.北京:中国建筑工业出版社,2001
[04]中华人民共和国建设部,国家质量监督局检验检疫总局.建筑地基基础设计规范 GB50007-2002.北京:中国建筑工业出版社,2002
[05]中华人民共和国建设部,中华人民共和国水利部.土的分类标准GBJ145-1990.北京:中国建筑工业出版社,2002
[06]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.土工试验方法标准 GBT50123-1999.北京:中国计划出版社,2002
[07]中华人民共和国水利部,碾压式土石坝设计规范 SL274-2001,北京:中国水利水电出版社,2002
[08]中华人民共和国水利部,水闸设计规范 SL265-2001,北京:中国水利水电出版社,2001
[09]中华人民共和国水利部.水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252-2000.北京:中国水利水电出版社,2000
[10]中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范 SL228-1998.北京:中国水利水电出版社,1999
[11]中华人民共和国国家经济贸易委员会.混凝土面板堆石坝设计规范 DLT5016-1999.北京:中国水利水电出版社,2000
[12]中华人民共和国国家经济贸易委员会.水电枢纽工程等级划分及设计安全标准 DL5180-2003.北京:中国电力出版社,2003
[13]国家质量技术监督局.中国地震动参数区划图 GB18306-2001.北京:中国标准出版社,2001
[14]中华人民共和国铁道部.动力触探技术规定 TBJ18-1987.出版地、出版者、出版时间不详
[15]中华人民共和国铁道部.铁路工程地质勘察规范 TB10012-2001.北京:中国铁道出版社,2001
[16]《工程地质手册》 编写委员会.工程地质手册(第三版).北京:中国建筑工业出版社,1992
[17]《工程地质手册》 编写委员会.工程地质手册(第四版).北京:中国建筑工业出版社,2007
[18]《最新工程地质手册》 编写委员会.最新工程地质手册.北京:知识出版社,2006
[19]水利水电科学研究院,水利水电规划设计总院,水利电力情报研究所合编.岩石力学参数手册.水利电力出版社,1991
[20]国家电力公司华东勘测设计研究院.四川雅砻江锦屏二级水电站预可行性研究报告.2003.6
[21]国电公司华东勘测设计研究院,成都理工大学.丹巴水电站引水线路1:1万工程地质测绘报告(中期报告).2006.9
[22]王运生,黄润秋,段海澎,韦猛.中国西部末次冰期一次强烈的侵蚀事件.成都理工大学学报(自然科学版),No.1 2006.2
[23]罗守成.对深厚覆盖层地质问题的认识.水力发电,No.4 1995:21-24
[24]石金良.大渡河河床深厚覆盖层及其工程地质问题.四川水力发电,No.3 1986
[25]卢应纶、秦玉虎.工程地质钻探中卵碎石地层的钻进工艺选择.煤炭工程,No.6 1993
[26]作者不详.水利水电工程地质手册.出版社不详,出版时间不详
[27]顾小芳.深厚覆盖层上水闸渗流分析与防渗结构优化设计研究.南京:河海大学水利水电工程学院,2006.03
[28]杨光伟.闸坝深厚覆盖层基础处理研究.成都:四川大学,2003.04
[29]张倬元,王兰生,王士天.工程地质分析原理(第二版).北京:地质出版社,1994
[30]华南理工大学,东南大学,浙江大学,湖南大学编,杨位洸主编.地基及基础.北京:北京:中国建筑工业出版社,2002
[31]潘家铮.建筑物的抗滑稳定性和滑坡分析.北京:水利出版社,1980
[32]毛昶熙.渗流计算分析与控制.北京:水利电力出版社,1990
[33]朱岳明,刘望亭.土石坝的复杂渗流反分析研究.河海大学学报,No.6 1991
[34]朱岳明,刘望亭.渗透系数反分析最优化估计方法.岩土工程学报,No.4 1991
[35]杜延龄,许国安.渗流分析的有限元法利电网络法.北京:水利电力出版社,1992
[36]杨光煦.砂砾地基防渗工程.北京:水利电力出版社,1993
[37]陈仲颐,周景星,王洪瑾.土力学.北京:清华大学出版社,1994
[38]何世斌,饶民爱,李永鑫.太平驿水电站三维渗流计算研究.水电站设计,1995(5)
[39]吕衡.太平驿水电站闸基覆盖层渗透及渗透变形试验研究.水电站设计,1995(3)
[40]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算(第二版).北京:中国水利水电出版社,1996
[41]刘杰.砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法.水电站设计,1997(4)
[42]潘家铮,何璟.中国大坝 50年.北京:中国水利水电出版社,2000
[43]王亮清,唐辉明,晏鄂川等.陆浑水坝坝基渗透稳定性研究.水文地质工程地质,2003(2)
[44]杨光伟.闸坝深厚覆盖层基础处理研究.水电站设计,2004(2)
[45]刑林生.我国水电站大坝事故分析与安全对策.大坝与安全,2000.1
[46]朱岳明、刘望亭.土石坝的复杂渗流反分析研究.河海大学学报,No.6 1991
[47]赖国伟、王宏硕、陆述远.具有软弱结构面坝基稳定分析.武汉水利电力学院学报,1987.7
[48]罗焕炎、陈雨孙著.地下水运动的数值模拟.中国建筑工业出版社,1988
[49]朱学愚、谢春红.地下水运移模型.中国建筑工业出版社,1990.9
[50]杜延龄,许国安、黄一和.复杂岩基的三维渗流分析研究.水利学报,No.3 1983
[51]汪树玉、杨德锉、刘国华等编著.优化原理、方法与工程应用.浙江大学出版社,1991.10
[52]杨林德著.岩土工程问题的反演理论与工程实践.科学出版社,1996
[53]李茂芳、孙钊编著.大坝基础灌浆(第二版).水利电力出版社,1984
[54]宋汉周、汤瑞凉.某大坝局部扬压力异常的地质成因分析.大坝与安全,No.6 1995
[55]张壁城.水工建筑物的有限元分析.水利电力出版社,1981
[56]潘家铮.关于拦河坝的抗滑稳定安全度问题.岩土力学,1984.3
[57]潘家铮.坝体有限元分析中的水荷载问题.水力发电,No.6 1984
[58]睦峰、吴立峰.用弹塑性有限元方法分析水工建筑物的稳定性.河海大学学报,1997.12
[59]钱向东.复杂坝基稳定性分析的弹塑性极限平衡法.河海大学学报,1999.11
[60]E Landry,D Lees and A Naudts New developments in rock and soil grouting design and evolution Dam Engineering,Vol.9,No.3
[61]Design Criteria for Concrete Arch and Gravity Dams,Bureau of Reclamation U.S.A.
[62]Link H.The Sliding Stability of Dams,Water Power,Vol.21,No.3
[63]Sarma K S.Stability analysis of embankments and slopes.J of Geotechnical Engineering.ASCE.
[64]Richards,L.A.Capillary conduction of liquids through porous medium.J.Physics.,vol.1931
[65]汪自力,李莉等.饱和一非饱和渗流模型在多层自由面渗流分析中的应用.人民黄河,1997,01
[66]赤井浩一,大西有三.有限要素法对饱和一非饱和渗流问题的解析.土木学会论文报告集,NO.264
[67]葛祖立.砂砾管涌类型的判别和临界坡降计算.水力水电技术,1987(5)
[68]张家发等.典型条件下堤身堤基渗流规律分析.长江科学院院报,2000(5)
[69]张家发等.堤基渗透变形扩展过程及悬挂式防渗墙控制作用的试验模拟.水利学报,2002(9)
[70]张家发等.堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件研究.长江科学院院报,2001(5)
[71]柴军瑞.龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析.四川水力发电,2001(1)
[72]刘川顺等.冲洪积地基堤防垂直防渗方案研究.岩石力学与工程学报,2002(3)
[73]张家发.三维饱和非饱和稳定非稳定渗流场的有限元模拟.长江科学院院报,1997(3)
[74]张家发.土坝饱和与非饱和稳定渗流场的有限元分析.长江科学院院报,1994(3)
[02]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.岩土工程勘察规范 GB50021-2001,北京:中国建筑工业出版社,2002
[03]中华人民共和国建设部,国家质量监督局检验检疫总局.建筑抗震设计规范 GB50011-2001.北京:中国建筑工业出版社,2001
[04]中华人民共和国建设部,国家质量监督局检验检疫总局.建筑地基基础设计规范 GB50007-2002.北京:中国建筑工业出版社,2002
[05]中华人民共和国建设部,中华人民共和国水利部.土的分类标准GBJ145-1990.北京:中国建筑工业出版社,2002
[06]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.土工试验方法标准 GBT50123-1999.北京:中国计划出版社,2002
[07]中华人民共和国水利部,碾压式土石坝设计规范 SL274-2001,北京:中国水利水电出版社,2002
[08]中华人民共和国水利部,水闸设计规范 SL265-2001,北京:中国水利水电出版社,2001
[09]中华人民共和国水利部.水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252-2000.北京:中国水利水电出版社,2000
[10]中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范 SL228-1998.北京:中国水利水电出版社,1999
[11]中华人民共和国国家经济贸易委员会.混凝土面板堆石坝设计规范 DLT5016-1999.北京:中国水利水电出版社,2000
[12]中华人民共和国国家经济贸易委员会.水电枢纽工程等级划分及设计安全标准 DL5180-2003.北京:中国电力出版社,2003
[13]国家质量技术监督局.中国地震动参数区划图 GB18306-2001.北京:中国标准出版社,2001
[14]中华人民共和国铁道部.动力触探技术规定 TBJ18-1987.出版地、出版者、出版时间不详
[15]中华人民共和国铁道部.铁路工程地质勘察规范 TB10012-2001.北京:中国铁道出版社,2001
[16]《工程地质手册》 编写委员会.工程地质手册(第三版).北京:中国建筑工业出版社,1992
[17]《工程地质手册》 编写委员会.工程地质手册(第四版).北京:中国建筑工业出版社,2007
[18]《最新工程地质手册》 编写委员会.最新工程地质手册.北京:知识出版社,2006
[19]水利水电科学研究院,水利水电规划设计总院,水利电力情报研究所合编.岩石力学参数手册.水利电力出版社,1991
[20]国家电力公司华东勘测设计研究院.四川雅砻江锦屏二级水电站预可行性研究报告.2003.6
[21]国电公司华东勘测设计研究院,成都理工大学.丹巴水电站引水线路1:1万工程地质测绘报告(中期报告).2006.9
[22]王运生,黄润秋,段海澎,韦猛.中国西部末次冰期一次强烈的侵蚀事件.成都理工大学学报(自然科学版),No.1 2006.2
[23]罗守成.对深厚覆盖层地质问题的认识.水力发电,No.4 1995:21-24
[24]石金良.大渡河河床深厚覆盖层及其工程地质问题.四川水力发电,No.3 1986
[25]卢应纶、秦玉虎.工程地质钻探中卵碎石地层的钻进工艺选择.煤炭工程,No.6 1993
[26]作者不详.水利水电工程地质手册.出版社不详,出版时间不详
[27]顾小芳.深厚覆盖层上水闸渗流分析与防渗结构优化设计研究.南京:河海大学水利水电工程学院,2006.03
[28]杨光伟.闸坝深厚覆盖层基础处理研究.成都:四川大学,2003.04
[29]张倬元,王兰生,王士天.工程地质分析原理(第二版).北京:地质出版社,1994
[30]华南理工大学,东南大学,浙江大学,湖南大学编,杨位洸主编.地基及基础.北京:北京:中国建筑工业出版社,2002
[31]潘家铮.建筑物的抗滑稳定性和滑坡分析.北京:水利出版社,1980
[32]毛昶熙.渗流计算分析与控制.北京:水利电力出版社,1990
[33]朱岳明,刘望亭.土石坝的复杂渗流反分析研究.河海大学学报,No.6 1991
[34]朱岳明,刘望亭.渗透系数反分析最优化估计方法.岩土工程学报,No.4 1991
[35]杜延龄,许国安.渗流分析的有限元法利电网络法.北京:水利电力出版社,1992
[36]杨光煦.砂砾地基防渗工程.北京:水利电力出版社,1993
[37]陈仲颐,周景星,王洪瑾.土力学.北京:清华大学出版社,1994
[38]何世斌,饶民爱,李永鑫.太平驿水电站三维渗流计算研究.水电站设计,1995(5)
[39]吕衡.太平驿水电站闸基覆盖层渗透及渗透变形试验研究.水电站设计,1995(3)
[40]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算(第二版).北京:中国水利水电出版社,1996
[41]刘杰.砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法.水电站设计,1997(4)
[42]潘家铮,何璟.中国大坝 50年.北京:中国水利水电出版社,2000
[43]王亮清,唐辉明,晏鄂川等.陆浑水坝坝基渗透稳定性研究.水文地质工程地质,2003(2)
[44]杨光伟.闸坝深厚覆盖层基础处理研究.水电站设计,2004(2)
[45]刑林生.我国水电站大坝事故分析与安全对策.大坝与安全,2000.1
[46]朱岳明、刘望亭.土石坝的复杂渗流反分析研究.河海大学学报,No.6 1991
[47]赖国伟、王宏硕、陆述远.具有软弱结构面坝基稳定分析.武汉水利电力学院学报,1987.7
[48]罗焕炎、陈雨孙著.地下水运动的数值模拟.中国建筑工业出版社,1988
[49]朱学愚、谢春红.地下水运移模型.中国建筑工业出版社,1990.9
[50]杜延龄,许国安、黄一和.复杂岩基的三维渗流分析研究.水利学报,No.3 1983
[51]汪树玉、杨德锉、刘国华等编著.优化原理、方法与工程应用.浙江大学出版社,1991.10
[52]杨林德著.岩土工程问题的反演理论与工程实践.科学出版社,1996
[53]李茂芳、孙钊编著.大坝基础灌浆(第二版).水利电力出版社,1984
[54]宋汉周、汤瑞凉.某大坝局部扬压力异常的地质成因分析.大坝与安全,No.6 1995
[55]张壁城.水工建筑物的有限元分析.水利电力出版社,1981
[56]潘家铮.关于拦河坝的抗滑稳定安全度问题.岩土力学,1984.3
[57]潘家铮.坝体有限元分析中的水荷载问题.水力发电,No.6 1984
[58]睦峰、吴立峰.用弹塑性有限元方法分析水工建筑物的稳定性.河海大学学报,1997.12
[59]钱向东.复杂坝基稳定性分析的弹塑性极限平衡法.河海大学学报,1999.11
[60]E Landry,D Lees and A Naudts New developments in rock and soil grouting design and evolution Dam Engineering,Vol.9,No.3
[61]Design Criteria for Concrete Arch and Gravity Dams,Bureau of Reclamation U.S.A.
[62]Link H.The Sliding Stability of Dams,Water Power,Vol.21,No.3
[63]Sarma K S.Stability analysis of embankments and slopes.J of Geotechnical Engineering.ASCE.
[64]Richards,L.A.Capillary conduction of liquids through porous medium.J.Physics.,vol.1931
[65]汪自力,李莉等.饱和一非饱和渗流模型在多层自由面渗流分析中的应用.人民黄河,1997,01
[66]赤井浩一,大西有三.有限要素法对饱和一非饱和渗流问题的解析.土木学会论文报告集,NO.264
[67]葛祖立.砂砾管涌类型的判别和临界坡降计算.水力水电技术,1987(5)
[68]张家发等.典型条件下堤身堤基渗流规律分析.长江科学院院报,2000(5)
[69]张家发等.堤基渗透变形扩展过程及悬挂式防渗墙控制作用的试验模拟.水利学报,2002(9)
[70]张家发等.堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件研究.长江科学院院报,2001(5)
[71]柴军瑞.龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析.四川水力发电,2001(1)
[72]刘川顺等.冲洪积地基堤防垂直防渗方案研究.岩石力学与工程学报,2002(3)
[73]张家发.三维饱和非饱和稳定非稳定渗流场的有限元模拟.长江科学院院报,1997(3)
[74]张家发.土坝饱和与非饱和稳定渗流场的有限元分析.长江科学院院报,1994(3)
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