昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计n 54页

科类工学编号（学号）20061363本科生毕业设计昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计ThereinforcementpreliminarydesignofkongjiawanReservoir,Zhaoyang,Zhaotong，Yunnan胡艳指导教师：邱勇职称副教授云南农业大学昆明黑龙潭650201学院：水利水电与建筑学院专业：水利水电工程年级：2006级设计提交日期：2010年6月1日答辩日期：2010年6月5日云南农业大学2010年6月21n摘要孔家湾水库水库建于长江--横江--昭鲁河上游支流上，属长江流域横江水系。水库位于昭通市南面的永丰镇境内，与永丰水库相邻，距昭阳区城10公里，坝址以上控制径流面积为2.07km2，地理位置为东经103°39′12″，北纬27°14′47″。该水库于1957年开工建设，1958年建成使用，水库经多年运行，坝体出现明显沉陷，下游出现多处集中渗漏点，大坝存在严重的坝体渗漏、坝基渗漏、两坝肩绕坝渗漏，经大坝安全评价综合评定孔家湾水库大坝安全类别为三类坝。本次毕业设计的目的是：在大坝安全评价的基础上针对孔家湾水库坝体病害提出相应的除险加固措施以完成初步设计。具体完成了以下内容，首先对现状坝体渗流稳定、抗滑稳定和抗震稳定进行复核计算，然后根据坝体存在的相关病害进行除险加固设计。结合孔家湾水库具体情况，所采取的除险加固措施有对坝体上、下游坝面进行整修，培厚下游坝坡并新建排水棱体；对坝体及坝基、坝肩进行防渗处理等。再从水库枢纽区地址条件和施工工艺上对坝体防渗方案进行比选，确定坝体、坝基及两坝肩的防渗方案即：帷幕灌浆防渗方案。最后对坝体重新分区计算物理力学指标，从而进行坝体渗流稳定、抗滑稳定、抗震稳定计算分析，使除险加固后的坝体满足规范要求。关键词：渗流稳定；抗滑稳定；抗震稳定；险加固初步设计；坝体；孔家湾水库nAbstractKongjiawanReservoirwasbuiltinthechangjiang--hengjiang--zhaoluRiver.aYangtzeRiverwatersystemHengjiang,ReservoirZhaoyangDistrictofZhaotongCityinthesouthernpartofthecompanyinthetown,nearlytheyongfengReservoir.10kmofthezhaoyanginthetown,thedamsiterun-offareaofcontrolover2.07km2.locatedeastlongitude103°39′12″,latitude27°14′47″.kongjiawanReservoirinDecember1957tostartconstructioninApril1958tocompleteconstructionprojects.Afteryearsofrunningthereservoir,damapparentsubsidence,manyconcentratedinthelowerreachesofleakage,thereisadamdamleakage,foundationleaks,thetwoabutmentaroundthedamleakageandleakageofthedam-combined,accordingto"ShortageofReservoirSafetyEvaluationReport"canbefoundontheArakawaReservoirDamforthethreecategories.Theaimofthisgraduationprojectis:inthedamsafetyevaluationonthebasisofthekongjiawanReservoirdamagainstdiseasebythecorrespondingreinforcementmeasurestocompletethepreliminarydesign.Thespecificcontentsinclude:thefirstdaminaccordancewiththestatusquo,aswellasgeologicalprospectingresultstothestatusquodamseepageandstability,structuralstabilityandseismicstabilitycalculationreview.Accordingtothedamandrelateddiseasesforreinforcementdesign.withthekongjiawanReservoirspecificcircumstances,takenbythereinforcementmeasuresforthedam,thedamdownstreamofarenovation,HauPeidownstreamslopeanddrainagenewprismatic.andthefoundationofthedam,theabutmentofaseepagecontrol.Fromthereservoirareahubonceagainaddresstheconditionsandtheconstructionofthedamontheprogrammeofanti-seepagethantheelectiontodeterminethedam,thefoundationandthetwoabutmentoftheprogrammethatisimpervious:curtaingroutingfortheprogramme,thefinalweightofthedamNewdistrictcalculationofphysicalandmechanicalindicators,whichconductedthedamseepageandstability,structuralstabilityandseismicstabilityanalysis,afterreinforcementofthedamtomeetregulatoryrequirements.Keywords:seepageandstability;slidingstability;seismicstability;riskstrengtheningthepreliminarydesign;dam;ReservoirontheShortagen目录1.工程概况11.1水库基本情况11.2除险加固的必要性11.3工程等级、洪水标准及地震设防烈度11.4工程病险状况22.工程水文及工程规模62.1区域水文及气象特性62.2设计洪水62.3坝顶高程复核72.4死水位92.5正常蓄水位及正常库容93.工程地质条件103.1区域地质103.2库区工程地质条件113.3枢纽区工程地质条件134.现状坝体复核计算174.1土料分析174.2坝体渗流稳定复核224.3坝体结构安全复核264.4抗震安全复核285.枢纽工程除险加固设计285.1水库枢纽除险加固工程布置285.2大坝除险加固设计295.3坝体稳定分析计算326.结语44参考文献45致谢47n图纸：1、孔家湾水库病害分布图2、孔家湾水库枢纽平面布置图（推荐方案）3、孔家湾水库防渗布置图（推荐方案）4、孔家湾水库防渗参数表（推荐方案）5、孔家湾水库坝体结构布置图（推荐方案）6、孔家湾水库枢纽平面布置图（比较方案）7、孔家湾水库防渗布置图（比较方案）8、孔家湾水库防渗参数表（比较方案）9、孔家湾水库防渗参数表（比较方案）10、孔家湾水库坝体结构布置图（比较方案）11、孔家湾水库地理位置图n工程特性表序号及名称单位加固前值加固后值一、水文1.流域面积(本区)km22.072.072.利用的水文系列年限年45.003.多年平均年径流量(本区)万m34.代表性洪水标准正常运用（设计）洪水标准%3.303.30非常运用（校核）洪水标准%0.330.335.最大泄量设计洪水位时最大泄量m3/s2.74校核洪水位时最大泄量m3/s4.5二、水库1.水库水位校核洪水位m1915.441915.44设计洪水位m1914.581914.58正常蓄水位m1912.41912.4死水位m1907.751907.752.水库容积总库容(校核洪水位以下库容)万m3107.57107.57兴利库容万m380.3380.33死库容万m39.359.35三、工程效益指标1.防洪效益(保护面积)万亩2.灌溉效益(面积)万亩0.10.13.其他n工程特性表四、主要建筑物及设备1.挡水建筑物型式地震基本烈度/设防烈度7/77/7主坝顶高程m1916.01916.0主坝最大坝高m11.811.8主坝坝顶长度/坝顶宽度m160/3160/32.泄水建筑物型式开敞式宽顶堰开敞式宽顶堰底板高程m1912.401912.40闸孔尺寸m3m×23m×2单宽流量m3/(s.m)4.54.5消能方式闸门道22启闭机台11设计泄洪流量m3/s2.74校核泄洪流量m3/s4.53.输水建筑物设计流量m3/s最大流量m3/s0.230.23输水道型式钢筋混凝土城门洞形钢筋混凝土城门洞形长度m4747断面尺寸m0.7m×0.8m0.7m×0.8m衬砌型式mM5.0浆砌石拱涵闸门道11启闭机台11n1.工程概况1.1水库基本情况孔家湾水库水库建于长江--横江--昭鲁河上游支流上，属长江流域横江水系。坝址以上控制径流面积为2.07km2，地理位置为东经103°39′12″，北纬27°14′47″。行政区划属昭通市昭阳区永丰镇人民政府，该水库与永丰水库相邻，距昭阳区城10公里。孔家湾水库总库容107.57万m3（本次复核值），兴利库容80.33万m3（本次复核值），调洪库容为17.89万m3（本次复核值），死库容为9.35万m3（本次复核值）。正常运用洪水标准为20年一遇（设计洪水P=5%）；非常运用洪水标准为100年一遇（校核洪水P=1%）。水库正常蓄水位1912.40m，设计洪水位1914.58m（本次复核值），校核洪水位1915.44m（本次复核值），死水位1907.75m。孔家湾水库于1957年开工建设，1958年建成使用，最大坝高11.8m，坝顶长160m，总库容107.57万m3（本次复核值）。主要建筑物包括：大坝、输水涵洞、溢洪道等。1.2除险加固的必要性孔家湾水库位于昭通市南面的永丰镇新民村，与永丰水库相邻，距昭阳区城10公里，水库主要灌区为永丰镇新民村，灌区内土地肥沃，气候温和，适宜种植多种作物，是昭阳区主要粮作区之一，控制灌溉面积达0.1万亩，水库灌溉供水可通过复蓄调节使用，抗御了多年的洪旱灾害，促进了农业经济的发展；同时水库也担负着重要的防洪任务，对保护水库下游0.3公里处的永丰镇集镇、0.5公里处的新民村4-8组村庄（人口4000人，保护耕地1500亩）、213国道（距离水库约2公里）及昭（通）鲁（甸）公路等的生命财产安全起到了至关重要的作用。目前，水库已病险严重，正常运行无法保障，为此对该水库进行除险加固势在必行。水库由于受病害影响，工程效益得不到正常发挥，影响了农业生产发展，农民生活贫困。水库如果溃坝将给下游人民生命财产造成一定损失。1.3工程等级、洪水标准及地震设防烈度n根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），该水库工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，其主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。根据国家《防洪标准》（GB50201-94），《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），孔家湾水库总库容107.57万m3（本次复核值），属小（一）型水利工程，永久性水工建筑物级别为4级，最大坝高11.8m，水库上下游水位差小于10m，故其水库枢纽工程挡水建筑物的防洪标准应按平原区、滨海区的设计标准设计。确定水库正常运用洪水（设计洪水P=5%）标准为20年一遇；非常运用洪水（校核洪水P=1%）标准为100年一遇。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），孔家湾水库工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动参数反应谱周期为0.45s，相应地震基本烈度属Ⅶ度。根据工程规模，确定抗震设防烈度为Ⅶ度。1.4工程病险状况（1）坝基河床冲洪积层及强～弱风化岩体的承载力满足要求，但结构松散，裂隙发育，变形模量较小。坝体筑坝土料级配差，碾压机具落后，施工工艺、质量控制不规范，坝体填筑压实度低，长期在荷载及渗透水作用下将产生变形，致使坝基岩（土）体抗滑稳定性差。坝体填筑压实度低，层间结合不密实，存在层间透水问题。施工时坝基清基不彻底，且未进行开挖截水槽和帷幕灌浆等防渗处理，存在渗漏问题。建坝时，左、右坝肩均未进行彻底的表部清挖，也未开挖结合槽进行灌浆处理，同时对坝体与岩石岸坡接触处，在邻近0.5~1.0m范围内未采用渗透性较小的粘土填筑，左右坝肩均存在绕坝渗漏及坝端结合部渗漏问题。（2）现状坝体形态不规整，坝顶凸凹不平，现状上游坝面护坡块石残缺不全，极其零乱，有沉陷、隆起、风化严重及风浪淘蚀等异常现象，垂直沉降量达8.17%；下游坝坡坡面凸凹不平，存在浸湿、渗漏现象，坝脚排水沟淤积严重、排水不畅，且无排水棱体，下游坝面浸润线出逸点高程1908.9m，潮湿面积约为320m2。（3）坝下砌石输水涵洞常年存在漏水，无事故检修闸，闸门大面积锈蚀严重，关闭不严，启闭机老化严重，操作困难，应急能力差，涵洞出口渗漏量约为20L/s。（4）n溢洪道工程老化现象严重，进口已破坏，泄槽严重淤积，墙体开裂、变形、基础不均匀沉陷。（5）水库运行管理条件差、工作不正常，坝体监测设施不完善；孔家湾水库现状坝区图片坝顶不规整路面上游坝面杂草丛生上游坝面凹凸不平上游坝面局部被掏空下游坡凹凸现象严重下游坡树木繁茂n下游无排水棱体、排水沟被淤积涵洞渗水严重涵洞出口砌石体已变形溢洪道进口已破坏溢洪道严重淤积启闭设备锈蚀变形据大坝安全鉴定综合评价，孔家湾水库现状工程质量等级为不合格，水库运行管理等级为差，大坝抗滑稳定性差，防洪标准、大坝结构安全等级、，渗流安全等级、抗震安全等级、水库金属结构安全等级等均为C级，综合评定孔家湾水库大坝安全类别为三类坝。n2.工程水文及工程规模2.1区域水文及气象特性昭通地处低纬度、高海拔、受季风控制和台阶地形影响的季风高原型气候。干湿季节分明，干季降水稀少，旱情普遍，雨季降水集中，多洪涝灾害。降水量的季节变化很大，汛期雨量集中，占年降水量的78%。水汽以印度洋暖湿气流输送为主，经横断山脉的层层阻隔，在高原上已大为减少。但因扼居冷锋天气入侵云南的重要门户，当其作用在北部新月形坡面上时，引起强烈的阻挡、抬升和水平辐合作用，而造成滇东北大暴雨区和高值洪水区。在静止锋作用下，形成了北部湿润和十分湿润、南部半湿润甚至半干旱的中尺度的水文气象规律。由于山峦高耸，河流深切，相对高差达数百米至千余米之大，气候、土壤和植被的垂直带性十分显著，形成相应的洪水和其它水文现象的垂直带谱也是非常鲜明的。昭阳区位于云南省东北部，东与贵州省威宁县交界，南与鲁甸县相连，西濒金沙江与四川省金阳县隔江相望，西北、东北与永善、彝良县毗邻。区内地势西高东低，为滇中凹部的东北端，有较完整的高原地貌。两大山系横亘境内，东为乌蒙山脉西延伸尾端，山势磅礴，高峰林立；西为横断山脉凉山山系分支东伸边缘，山高坡陡，海拔悬殊；大山包乡独石包包海拔3364m，为境内最高点，大寨子乡茅坡海拔494m，是全区最低处。两山系之间为昭通坝子、洒渔坝子、靖安坝子，均是粮食主产区。利济河经昭通坝子汇入洒渔河，洒渔河流经洒渔、靖安坝子后出境；金沙江流经境内23km。全区坝区占33.6%，山区占64.3%，江边河谷地带占2.1%。昭通坝子海拔约1950m，地势平坦，丘坝相间，为典型的高原湖积盆地，昭通城坐落在坝子中间。境内地处暖带，为北纬高原大陆季风气候。冬季气温较低，夏季气候凉爽，干湿两季分明。根据昭通气象台观测资料，全年无霜期220天左右，年均气温11.6℃，最热月7月均温19.8℃，最冷月1月均温2℃，全年活动积温≥10℃的3217℃，年均日照时数1902.02小时，年降水量735mm，多年平均最大风速为20.7m/s。2.2设计洪水根据国家《防洪标准》（GB50201-94），《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），孔家湾水库总库容107.57万m3（本次复核值），属小（一）型水利工程，永久性水工建筑物级别为4级，最大坝高11.8mn，水库上下游水位差小于10m，故其水库枢纽工程挡水建筑物的防洪标准应按平原区、滨海区的设计标准设计。确定水库正常运用洪水（设计洪水P=5%）标准为20年一遇；非常运用洪水（校核洪水P=1%）标准为100年一遇。由孔家湾水库安全评价报告知，从工程防洪的重要性、安全性方面考虑，由推荐暴雨洪水法计算出的孔家湾水库设计洪水成果如下表2-1：表2-1设计洪水成果表时段P=0.33%P=1%P=2%P=3.33%P=5%洪峰（m3/s）38.1932.2431.9325.5023.26洪量（万m3）32.5727.626.2621.9202.3坝顶高程复核2.3.1基本资料（1）工程等级及建筑物级别、水库特征水位、地震设防烈度等基本资料孔家湾水库属小（一）型水库工程，其主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。（2）水库特征水位及坝高水库正常蓄水位1912.40m，现状运行水位1909.30m，校核洪水位1915.44m（本次复核值），设计洪水位1914.58m（本次复核值），死水位1907.75m。孔家湾水库最大坝高11.8m，坝顶高程1916.00m。（3）根据1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），孔家湾水库工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动参数反应谱特征周期0.45S，相应地震基本烈度为Ⅶ度，地震设防烈度取为Ⅶ度。（4）风速：据昭通气象资料，上荒冲水库坝址区多年平均最大风速为20.7m/s（5）大坝参数据1：20000库区地形图，可量算得孔家湾水库在设计洪水位下的吹程0.45km，校核洪水位下的吹程0.46km,上游迎水坡边坡系数2.5,坝长160m,。2.3.2大坝超高复核按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）计算：Y=R+e+A其中，Y为大坝安全超高值（m）；R为设计波浪爬高（m）；e为风浪壅水水面高度值（m）；A为安全加高值（m）。n对于4级土石坝取累积概率P=5%的爬高值，经计算波浪爬高：R正常=0.77mR非常=0.48m风壅水面高用公式计算，经计算:e正常=0.003me非常=0.002m安全加高:对于4级土石坝，取A正常=0.5mA非常=0.3m于是Y正常=1.27mY非常=0.78m2.3.3工况组合（1）设计洪水位+正常运用情况超高，坝顶所需防护高程为1915.85m，低于现状坝顶高程0.15m。（2）校核洪水位+非常运用情况超高，坝顶所需防护高程为1916.22m，高于现状坝顶高程0.22m。（3）正常水位+非常运用情况超高+地震安全加高。地震安全加高考虑地震涌浪高0.7m，地震附加沉陷考虑经多年运行和设防烈度，取0.3m，坝顶所需防护高程为1914.18m，低于现状坝顶高程1.82m。（4）正常水位+正常运用情况超高，坝顶所需防护高程为1913.67m，低于现状坝顶高程2.33m。表2-2水库坝顶高程复核计算表序号项目水位超高所需高程备注(1)设计洪水位+正常运用情况超高1914.581.271915.85-0.15(2)校核洪水位+非常运用情况超高1915.440.781916.220.22(3)正常水位+非常运用情况超高+地震安全加高1912.401.781914.18-1.82(4)正常水位+正常运用情况超高1912.401.271913.67-2.33通过对不同频率的设计洪水进行调洪计算，孔家湾大坝不同频率设计洪水位所需坝顶高程见下表。可见水库大坝目前仅能满足三十年一遇洪水及相应超高要求。n表2-3孔家湾大坝不同频率设计洪水位所需坝高表（超高按非常运用情况）序号频率(%)水位(m)超高(m)所需高程(m)备注(1)21915.330.781916.110.11(2)3.331914.790.781915.57-0.43水库现状大坝坝顶高程为1916.0m，以上四种工况所需的最大坝顶高程为1916.22m，高于现状大坝坝顶高程0.22m。因此，水库大坝不能够满足高程要求。经本次复核，水库大坝可以满足20年一遇（P=5%）设计洪水及其超高要求，能满足100年一遇（P=1%）的校核洪水，但不能满足相应的超高要求，水库大坝所需最大坝高，高于现状坝顶高程为0.22m。能满足近期非常运用洪水50年一遇的校核洪水，但不能满足相应的坝顶高程要求。目前大坝只能满足30年一遇的校核洪水及其超高要求。2.4死水位所谓死水位是指能够满足下游用水要求的最低水位。应根据下游用水量和输水涵洞的过流能力来确定。经计算确定孔家湾水库的死水位为1907.75m，由水位～库容曲线可查得对应的死库容为9.35万方。2.5正常蓄水位及正常库容水库原设计正常蓄水位1912.4m，相应库容89.68万m3，本次设计确定维持水库原设计正常蓄水位1912.40m不变，相应库容为89.68万m3。n3.工程地质条件3.1区域地质（1）地层岩性工程区分布泥盆系、石炭系、二叠系、上第三系及第四系地层，现由新到老分述如下：泥盆系曲靖组（Q2q）：为一套以浅海相碳酸盐为主，夹滨海沼泽相含煤碎屑岩、梅线。厚度45—182m。泥盆系（D3）：呈条带状分布于工程区东南部。岩性为灰、深灰色白云岩、砂质白云岩夹角砾状白云岩、泥质白云岩，偶见石膏岩；顶部为灰白、浅灰色灰岩。厚度120—218m。石炭系大塘组（C1dj）：分布于工程区东南部。上部岩性为黑色页岩、炭质页岩夹煤线及灰岩透镜体；下部为灰色细粒石英岩砂岩、黑页岩夹煤线。厚度17—568m。二叠系梁山组（P1L）：主要分布于坝址区及近坝库岸。上部：浅灰、浅棕色中—粗粒石英砂岩，灰色页岩、砂砾岩及劣煤层；下部：紫灰、姜黄色粉砂质泥岩夹多层灰岩。厚度10—228m。二叠系栖霞组（P1q）：分布于工程区的西北部，岩性为灰、浅灰夹深灰色灰岩，夹少量的白云质灰岩。厚度114—327m。二叠系峨眉山玄武岩组（P2e）：分布于工程区的北部。上部岩性为铁黑色致密状玄武岩及橄榄钛辉玄武岩、少量杏仁状玄武岩；中部为深灰、灰黑色致密状玄武岩，杏仁、斑状玄武岩，玄武杏仁岩组成多个喷发韵律；下部为以粗、细火山角砾岩及少量集块岩为主，夹灰色凝灰岩。厚度439—1332m。上第三系（N2）：分布于工程区的东北部、西北部及东南部。岩性为砾灰、浅灰、蓝绿色粘土、砂质、钙质或炭质粘土夹褐煤，底部为砾岩。厚度37—49m。曲靖组（D2q）与梁山组（P1L）二者或断层接触，或假整合接触。库盆主要位于此两套地层中。残坡积层（Qhel+dl）：主要分布于缓坡地带和地形低凹处。岩性为褐红、灰褐、紫红色粘土、含角砾粉质粘土、粉质土砾、碎石等，厚度小于5.0m。冲洪积层（Qhal+pln）：分布于水库所坐落的河床及冲沟内。岩性为褐灰、褐红、灰黑色。一般上部为粉质粘土、粉土、粉砂；中下部为砾砂、圆砾。厚度小于10.0m。（2）地质构造工程区在区域构造上，位于川滇经向构造体系之绿汁江—小江南北向构造带东缘与其东侧滇东多字型构造的结合部位，有展布方向为：北东向、南北向及北西向三组构造形迹，主要表现为向斜多呈宽缓型，背斜则多呈窄徒型，断裂以压扭性为主，倾角一般很陡，其中北东向和南北向构造遍布全区，占据主体，明显组成区内的主干构造，而北北西向构造则零星分布，不占重要地位。工程区位于区域性北东向罗马口构造带与翻身村构造带所挟持的地块内。地质构造相对简单，水库西2km处是观音岩推测断层；倾向北东，断层破碎带宽约5m。（3）区域稳定及地震基本烈度工程区地处木杆—永善—雷坡—马边强烈地震活动带的东南端100公里外。区内地震较频繁，有历史记载地震上百次，强震少，微弱震较多。在近年来昭通市发生的四次地震（其基本情况见表1-3）中，孔家湾水库受波及影响，经区水利局技术人员和水库管理人员联合检查，水库有细微的裂缝，无危害水库安全运行的重大灾害现象发生。（4）地形地貌工程区紧位于昭通市南面的永丰镇新民村，主要受地层岩性及北北东向构造控制，库区属构造侵蚀、构造剥蚀中～低山地貌，库区地势较开阔，左、右两岸坡度平缓。水库位于构造侵蚀、构造剥蚀中～低山地貌与湖泊（沼泽）堆积地貌的结合部。3.2库区工程地质条件（1）地层岩性库区出露地层主要为古生界泥盆系中统曲靖组（D2q）白云质灰岩；古生界二迭系下统梁山组（P1l）泥质粉砂岩、页岩夹煤线；新生界第四系冲积层(Qal)、坡积层(QdL)。现由新到老分别描述如下：A、第四系（Q）坡积层（Qdl）：褐色、褐红色、湿，可塑状角砾土、含砾粘土、粉质粘土、角砾土及碎石土，主要分布于水库周边山坡。n冲积层（Qal）：为灰色、灰黄色粘土，一般上部为粉质粘土、粉土、粉砂；中下部为砾砂、圆砾，主要分布于库区主河谷及两侧冲沟。B、古生界二迭系下统梁山组（P1L）泥质粉砂岩：姜黄、绿黄色，细粒结构，薄至中厚层状构造，强风化，中硬质岩石，分布于整个库区。C、古生界泥盆系中统曲靖组（D2q）白云质灰岩：灰、灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，弱风化，中硬质岩石，分布于整个库区，在坝址区左岸出现。（2）地质构造库区地质构造相对简单为背斜构造，构造形迹主要表现为向斜多呈宽缓型，背斜则多呈窄徒型，断裂以压扭性为主，倾角一般很陡，倾向下游略偏右岸，坝址无构造影响。（3）地形地貌库区地势开阔，库水面以上为农田耕地，坡度平缓，由于没有树林植被，具有一定的水土流失流向库内。库区不存在坍塌和滑坡等不良地质现象。库区周围无低邻谷存在，不会产生渗漏。坝址区地形左高右低，呈敞开式河谷，两岸山体宽厚，绕渗的可能性很小。大坝下游地势开阔平坦，下游0.3公里处是永丰镇集镇，213国道0.5公里（距离水库约2公里）、昭（通）鲁（甸）公路3公里及农作稻田。（4）水文地质条件本区地下水受地层岩性，构造、地貌等综合因素的影响和控制明显，按地下水类型为松散岩类孔隙水。主要赋存在第四系松散堆积层中，一般埋深4.8～8.1m，多沿不透水的基岩顶板渗出，富水性贫乏，库区主要靠大气降水补给，水量随季节性变化，与大气降水密切相关，库区及库区两岸无低邻谷，不存在渗漏问题。（5）库区工程地质条件评述库区主要含水层为古生界二迭系（P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（D2q）白云质灰岩，其富水性随深度增加而减弱，深部岩石风化较弱，裂隙不发育，其透水性强弱主要由溶穴及溶隙控制，第四系残坡积层和冲洪积层含孔隙水，分布于两岸山体表层的残坡积层富水性弱，是库区的相对隔水层，而分布于河谷的冲积层富水性强。库区内含水层接受降雨补给后以泉的形式向地形低洼处排泄。水库蓄水条件好，水库运行多年，均未发现库区渗漏现象。n库区周围地形自然坡度8～12°，局部地段可达16°，岩层倾角大于地形坡度，稳定性较好。（6）库岸稳定性评价库区地势开阔，左、右岸平缓，自然坡度8～12°，近坝岸坡基岩不存在滑动的边界条件，水库运行多年，未发现规模较大的滑坡、崩塌等不良物理地质现象，库岸稳定性较好。3.3枢纽区工程地质条件（1）地层岩性根据钻探揭露情况，坝址区地层较为单一，主要由古生界泥盆系中统曲靖组（D2q）白云质灰岩；古生界二迭系下统梁山组（P1L）泥质粉砂岩；新生界第四系冲积层(Qhal)、坡积层(QhdL)、人工筑坝体(Qs)及路面垫层（角砾土）。现将岩性自上而下分别描述如下：：A、第四系（Q）路面垫层（角砾土）：主要成分为碳渣，灰岩砾石，砂性粘土弱胶结，中等密实，厚度约40cm。②人工筑坝体(Qs)：黄色、褐色、褐红色，稍湿-湿，稍-中密，具有分层性，可塑至硬塑状态，以硬塑为主，含砂岩砾石，粒径2～30mm，含量0～15﹪，棱角状。筑坝土钻探最大揭穿厚度10.60m。③坡积层（Qdl）：褐色、褐红色、湿，可塑状角砾土、土质均匀的粉质粘土，筑坝土钻探最大揭穿厚度6.10m。④冲积层（Qal）：为灰色、灰黄色饱水，稍密状，为弱风化砂岩，其间粘砂土充填，钻探最大揭穿厚度0.60m。B、古生界二迭系下统梁山组（P1l）泥质粉砂岩：姜黄、绿黄色，细粒结构，薄至中厚层状构造，强风化，风化节理裂隙发育，中硬质岩石，钻探最大揭穿厚度6.40m。C、古生界泥盆系中统曲靖组（D2q）白云质灰岩：灰、灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，弱风化，中硬质岩石，节理裂隙较发育，完整性差，取芯呈碎块至短柱，钻探最大厚度9.97m。（2）地质构造n坝址区地层为一背斜构造，未发现明显的断裂构造，坝址区主要为出露地层为古生界二迭系（P1l）泥质粉砂岩及泥盆系（D2q）白云质灰岩，由于地层较老受多期构造运动的影响，岩层倾角较大，中～厚层状，节理裂隙发育。（3）水文地质坝址区岩体含水性和透水性与地层岩性及构造密切相关，第四系坡积层和冲积层透水性为弱—中等透水，主要属中等透水层，局部为强透水层，坝体岩性为古生界二迭系（P1l）泥质粉砂岩及泥盆系（D2q）白云质灰岩，其局部富水性强～较强，岩层节理裂隙较为发育，使岩层透水性局部较强。（4）坝基工程地质条件及稳定性分析根据钻孔资料，河床坝基表部覆盖为坡积层(QdL)：褐色、褐红色、湿，可塑状粉质粘土，厚度大于5m，透水率13.4～14.5Lu，属中等透水层。粘粒含量约15%，天然密度为1.88g/cm3，饱和密度为2.18g/cm3，属中密状态，粘聚力为35.8kPa，内摩擦角17.9°，孔内标准贯入击数为4～45击。坝基下伏基岩为二迭系（P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（D2q）白云质灰岩，厚度大于7m，透水率14.3～14.5Lu，属中等透水层。据工程类比，强～弱风化岩体天然密度2.0g/cm3，饱和密度2.1g/cm3，粘聚力35.0kPa，内摩擦角20.0°。坝基表部覆盖层渗透系数k=2.39×10-4～7.7×10-5cm/s，属弱-中等透水层；下伏全～强风化岩体的透水率14.3～145Lu，属中-强透水层。据地勘及土工试验结果表明，孔家湾水库未设粘土墙，同时从建坝时的设计及施工资料显示，当时坝基也未进行开挖截水槽和帷幕灌浆等任何形式的防渗处理，因此坝基将无可避免地存在严重渗漏问题。（5）坝肩工程地质条件及稳定性评价A、右坝肩右岸肩出露地层为坡积层(QdL)：褐色、褐红色，湿，可塑状粉质粘土，下伏为古生界二迭系（P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（D2q）白云质灰岩，为其全～强风化，岩体总体上为碎砾及碎块结构，岩石完整性差，右坝肩山体平缓单薄，边坡稳定性一般。建坝时，右坝肩表部清挖不彻底，且未开挖结合槽和进行灌浆处理，由现场地勘ZK3揭示：表部全～强风化岩体厚大于13.73m，透水率为69.5～100.8Lu，属中～强透水层，故右坝肩存在绕坝渗漏及坝端结合部渗漏的隐患。nB、左坝肩左坝肩出露地层表部为厚0～6.90m的第四系含砾粘土：黄，褐色，褐红色含碎石粘土，稍湿-湿，稍-中密，具有分层性，可塑-硬塑状，以硬塑为主，含砂岩砾石，砾径2～30mm含量0-15﹪，二迭系（P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（D2q）白云质灰岩，现场地勘ZK1揭示坡残积层全～强风化岩体厚大于6.9m，接触带渗透系数为k=6.54×10-4～1.20×10-5cm/s，属中等透水层，表明左坝肩存在层间错动和绕坝渗漏现象。（6）坝体工程地质条件及稳定性评价筑坝土料为黄，褐色，褐红色含碎石粘土为主，稍湿-饱水，稍-中密，可塑-硬塑状，以硬塑为主。据室内颗粒分析试验，砾粒组含量为1.5%～19.5%，砂粒组含量为8.5%～19.3%，粉粒含量30.7%～52.2%，粘粒含量34.0%～50.0%，胶粒含量26.0%～37.5%，不均匀系数Cu>12，曲率系数CC=0.06～0.23。土料压实填筑干密度1.26～1.51g/cm3，压实度78～92.5%，小于规范值98%的要求。据钻孔内注水试验资料，其渗透系数为1.20×10-4～6.54×10-6cm/s，属中等透水层。内摩擦角16.3°～23.61°，粘聚力14.4～65kPa，级配不良，密实性差。从土料的上述颗粒组成情况知，坝体填筑土料以粉粒、粘粒为主，颗粒级配差，这样的土料对含水量的变化较敏感：若土料在偏干状态下碾压，其粘聚力和颗粒间的内摩擦力难以克服，碾压后的土体结构多为片状排列，在浸水时，土粒间的润滑作用增强，土粒相互间易于移动而出现较大的附加压缩变形；若土料在偏湿状态下碾压，碾压后的土体具有扰动的超固结粘性土的抗剪强度特性，其应力～应变关系多为应变软化型，其力学强度较低，填土易于形成“橡皮土”或“千层饼”结构。而坝体施工时对填筑土的含水量采用人工挑水洒泼控制，均匀性较差，导致碾压后的坝体质量较差，力学指标偏低。在该坝1957~1958年的填筑施工过程中，采用人工分组挑土，马车、手推车运输，划块段作业，每层铺土厚度一般在40cm以上，各段填土厚薄不均匀，含水量控制采用人工挑水洒泼，碾压采用牛拉石碾结合人工夯打进行，碾压程度不够，坝体土的层间结合部位未做任何处理，坝体出现分层现象，上坝土料的物理力学指标未做过任何控制。由于碾压机具落后及碾压工艺、质量的控制措施不规范，导致坝体填筑后的密实度较差，存在层间结合不密实的问题。n（7）输泄水建筑物工程地质条件及稳定性评价输水涵洞位于大坝右岸，为坝下浆砌石拱涵，其基础坐落在古生界二迭系（P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（D2q）白云质灰岩层上，稳定性中等，透水性强，而输泄水涵洞又未设截流环等防渗设施，存在结合部位渗漏问题。输泄水涵洞衬砌体采用M5.0水泥石灰砂浆砌毛石或料石，强度低，受水流溶蚀作用衬砌砂浆已出现脱落现象，存在漏水的安全隐患。n4.现状坝体复核计算4.1土料分析通过现场巡视结合大坝存在的病害情况，为查清坝体结构及了解坝体土料的物理力学性质，经专家组研究决定，本次评价共布置钻孔5个（ZK1～ZK5），开挖探坑2个（TK1、TK2），其中ZK1、ZK2、ZK3、ZK4位于坝轴线偏上游1m，ZK5位于坝体下游坝坡中部，TK1位于下游坝坡上部，TK2位于下游坝坡中部。据钻孔勘探资料，坝体土料主要为含砾粘土，不均匀性明显，据各种指标的分布图知，土料的物理力学指标及透水性指标均存在差异。坝基表部覆盖有厚度5.8～7.2m的冲洪积层，其中上部为褐、褐红色的粉质粘土，中部为灰、灰黑、灰黄色的淤泥质粘土，下部为姜黄、绿黄色的泥质粉砂岩；坝基下伏地层为强～弱风化细砂岩及灰岩，其中存在强透水区域，为强风化细砂岩。因此，根据大坝坝体、坝基岩（土）体的物质组成，将坝体划分为一个区域（Ⅰ区），坝基划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个区域，坝体分区概化图如图4-1图4-1孔家湾水库分区概化图坝体各区土料及坝基岩（土）体的物理力学特性分述如下：Ⅰ区：为现状坝体，土料为黄、褐色、褐红红色的含砾粘土，根据室内颗粒分析试验，砾石粒组含量为1.00%～19.50%，砂粒组含量为8.50%～19.30%，粉粒组含量32.10%～44.30%，粘粒组含量34.00%～50.00%。土料压实填筑干密度为1.26～1.51g/cm3，据钻孔内注水试验资料，其渗透系数为4.89×10-3～2.39×10-5cm/s，属弱～中等透水层，粘聚力14.4～65.0nKPa，内摩擦角15.1～22.8°，结构属稍密至中密，具分层性。Ⅱ区：为坝基覆盖层，土质为粉质粘土～泥质粉砂岩。根据室内颗粒分析试验，砾石粒组含量为1.50%～19.60%，砂粒组含量为9.10%～10.70%，粉粒组含量35.70%～52.20%，粘粒组含量34.00%～37.20%。土料压实填筑干密度为1.34～1.48g/cm3，据钻孔内注水试验资料，其渗透系数为1.20×10-4～9.24×10-4cm/s，属中等透水层。粘聚力18.90～32.80KPa，内摩擦角16.30～23.60°。Ⅲ区：为坝基强透水区域，岩性为强风化细砂岩。透水率100.80～145.00Lu，属强透水层。Ⅳ区：为强～弱风化灰岩坝基，透水率14.30～87.70Lu，属中等透水层。坝体、坝基各区土料的颗粒组成及物理力学性质见表4-1~4-2n表4-1坝各区土料颗粒分析试验成果粒径：mm区号序号土样编号位置取样深度(m)砾石＞2mm粗砂2～0.5中砂0.5～0.25细砂0.25～0.075粉粒0.075～0.005粘粒＜0.005工程分类Ⅰ1KJW-T-1ZK13.4～4.87.96.84.92.144.334低液限粉土2KJW-T-3ZK22.6～4.21.51.816.74445高液限粉土3KJW-T-4ZK27.5～8.812.32.6444.146高液限粉土4KJW-T-5ZK44.3～5.62.56.44.17.932.147低液限粉土5KJW-T-6ZK49.2～10.43.55.42.63.235.350低液限粉土6KJW-T-7ZK54.1～5.119.51.92.44.23438高液限粉土7KJW-T-9TK11.2～2.119.54.13.64.430.737.7高液限粉土8KJW-T-10TK20.9～1.66.15.73.310.333.641低液限粉土平均值7.694.303.065.3537.2642.34Ⅱ9KJW-T-2ZK18.2～9.61.53.32.53.352.237.2低液限粉土10KJW-T-8ZK58.2～9.419.641.84.935.734高液限粉土平均值10.553.652.154.143.9535.6n表4-2大坝各区土料物理性质试验成果区号序号土样编号含水率W(%)比重Gs湿密度ρ(g/cm3)干密度ρd(g/cm3)饱和密度ρsat(g/cm3)饱和度Sr(%)孔隙比e液限WL(%)塑限WP(%)塑性指数IP(%)液性指数IL(%)Ⅰ1KJW-T-131.002.781.951.391.9599.330.86849.6030.3019.300.542KJW-T-341.502.761.811.281.8298.941.15856.1037.8018.300.203KJW-T-435.402.731.851.261.8796.830.99858.3033.2025.100.534KJW-T-531.702.721.911.371.9298.480.87642.3029.5012.800.805KJW-T-631.602.711.891.321.9196.550.88747.4028.0019.400.786KJW-T-728.402.751.971.511.9898.560.79255.3030.7024.600.007KJW-T-926.702.771.721.361.8771.081.04056.3036.1020.20-0.478KJW-T-1025.402.751.751.401.8971.970.97145.8031.6014.20-0.44平均值31.462.751.861.361.9091.470.94951.3932.1519.240.24Ⅱ9KJW-T-230.502.741.941.341.9499.120.84348.7028.9019.800.7810KJW-T-826.502.802.011.482.0297.350.76251.2028.9022.300.31平均值28.502.771.981.411.9898.230.80349.9528.9021.050.54n根据大坝各区土样试验结果，结合《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中试验成果整理的有关规定，统计得主坝各区土料主要指标的统计值，统计结果见表4--3表4-3大坝各区土料力学性质试验成果区号序号土样编号压缩系数(av1-2)最大干密度(ρdmax)最优含水量(Wop)凝聚力(C)内摩擦角(φ)10-4kpa-1g/cm3%Kpa°Ⅰ1KJW-T-11.6345.917.92KJW-T-32.9814.422.83KJW-T-43.7626.516.94KJW-T-53.1248.219.65KJW-T-62.6165.015.16KJW-T-71.1336.018.97KJW-T-98KJW-T-10平均值39.318.5Ⅱ9KJW-T-21.761.4631.432.816.310KJW-T-81.331.530.618.923.6平均值30.319.5根据各区土样试验结果，结合《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中试验成果整理的有关规定，统计得大坝各区土料主要指标的统计值（由于坝体各区土样试验成果小于11组，故未对土样的力学指标进行小值均值的统计），统计结果见表4-4。表4-4大坝各区土料主要物理力学性质指标统计值分区平均值天然密度ρ饱和密度ρsat粘聚力C内摩擦角φg/cm3g/cm3kpao坝体Ⅰ区1.861.9039.318.5坝基Ⅱ区1.981.9930.319.5n地质勘探资料中，对大坝各区土料的土工试验取样仅10组，其中钻孔取样8组，探坑取样2组，计算采用物理指标值为土样试验成果统计值。而试验成果的力学指标值各组之间存在较大差异，对整个坝体的代表性不足，因此，对坝体结构计算力学指标值采用现场检查结合工程类比的方式，对土料土工试验成果进行处理后取用，采用值是对同地区相同坝型、相同土料岩性等相同因素的水库进行分析后取用。经综合分析，计算指标中各区土料的主要物理、力学指标计算值，见表4-5。表4-5大坝各区土料物理力学指标计算值分区计算值备注天然密度ρ（g/cm3）饱和密度ρm（g/cm3）粘聚力c（kPa）内摩擦角φ（°）坝体Ⅰ区1.861.9014.4014.30坝基Ⅱ区1.981.9915.0015.20Ⅲ区1.881.8918.7016.70Ⅳ区1.901.9219.7016.804.2坝体渗流稳定复核4.2.1大坝现状渗流情况水库在现状库容40.97万m3下，下游坝面浸润线较高；坝基和两坝肩接触带在经历了多次地震后，出现了许多细微裂缝，形成了渗漏通道，且水库在高水位运行时，大坝有大面积潮湿现象。4.2.2渗透流量及渗透变形计算（1）浸润线推求由于大坝土料具有分区特点且各区土料的渗透系数不尽相同，因此，由统计值计算得到的现状水位的浸润线位置和实测浸润线位置可能存在差异，需要经过拟和，再进行渗流分析。具体过程是：首先用经过统计分析得出的坝体、坝基各区透水性指标K综合计算出现状水位下的浸润线位置，和库水位在1909.3时实测的浸润线进行比较。经过比较，计算浸润线和实测浸润线差别较大。因此，通过钻孔水位反演分析水库现状运行水位情况下的坝土渗透系数和坝基透水率K拟合，以使计算浸润线与实测浸润线基本吻合。然后由K拟合分别进行其余控制水位下的渗流分析。n各区透水性指标见表4-6，浸润线计算成果见表4-7。表4-6透水性指标(cm/s//Lu)坝体分区透水性指标统计值透水性指标拟合值坝体Ⅰ区6.30×10-47.2×10-4覆盖层Ⅱ区3.31×10-44.56×10-4坝基Ⅲ区112108.6Ⅳ区43.954.3表4-7坝体浸润线拟合计算成果表水库水位（m）坝坡出逸点标高现状运行水位1909.301904.30正常蓄水位1912.401904.55设计洪水位1914.581904.92校核洪水位1915.441905.31最不利水位1908.101904.28（2）渗流量计算对大坝渗流量的计算，首先求出坝体最大横断面时的单宽渗透流量（q），最后求出整个坝体的总渗透流量（Q），计算结果见表4-8表4-8坝体、坝基渗漏流量计算结果项目水库水位（m）坝土k(cm/s)坝基覆盖层k(cm/s)坝基q(Lu)细砂岩灰岩6.21×10-44.38×10-4127.6949.40单宽渗漏量q(L/s.m)正常蓄水位1912.400.02现状运行水位1909.300.01总渗漏量Q(L/s)正常蓄水位1912.402.98现状运行水位1909.301.61从计算结果知，孔家湾水库大坝在正常蓄水位1912.40m时的坝体、坝基渗透流量计算值为2.98L/s，在现状运行水位1909.30m时下的坝体、坝基渗漏流量计算值为1.61Ln/s。对照大坝渗漏现状，除坝体渗漏外，坝基渗漏、绕坝渗漏及坝肩结合部渗漏问题严重。（3）渗透变形计算根据坝体、坝基土体的级配状况（见图4-2），确定坝土、坝基可能的渗透变形类型，再根据坝体、坝基土料的物理性质指标确定其临界水力坡降（Jcr），依据工程特点及重要性，确定相应的安全系数，求出允许水力坡降（[J]）；结合坝体的运行情况，求出下游坝坡出逸点的出逸水力坡降值（J），最后进行判别。图4-2孔家湾水库坝土、坝基颗粒分析曲线计算过程①渗透变形类型的判断土的不均匀系数Cu和曲率系数Cc：，式中：—占总土重60％的颗粒粒径（mm）—占总土重10％的颗粒粒径（mm）坝土：=0.014=0.0015，n覆盖层:=0.016=0.0013，二、坝体的渗透变形的判别坝土和坝基覆盖层均不能同时满足不均匀系数大于或等于5、曲率系数等于1～3，为级配不良土。另由颗粒分析曲线可知坝土和坝基曲线均存在明显台阶，为不连续级配土，对于不连续级配土，应按如下方法进行渗透变形判别：A当PC≧35%时，发生流土破坏；B当25%≦PC﹤35%时，过渡型，取决于土的密度、粒级、形状：C当PC﹤25%时，发生管涌破坏。其中：—土的细粒颗粒含量，以质量百分率计（%）；坝土：由土样颗粒级配曲线求得大坝坝体土料的＝9.33>5,=0.55，可知其级配不良。对不连续级配的土，按规范取粗细粒区分粒径=0.25mm，并从颗粒级配曲线上查得其对应含量PC=86.21%>35%，故可判别：坝土可能发生的渗透变形类型为流土破坏。覆盖层：由颗粒级配曲线求得坝基覆盖层土料的＝12.31>5,=0.848，可知其级配不良。对不连续级配的土，按规范取粗细粒区分粒径=0.25mm，并从颗粒级配曲线上查得其对应含量PC=85.47%>35%，故可判别：坝基表部覆盖层可能发生的渗透变形类型为流土破坏。三、允许水力坡降的确定流土型渗透变形的临界水力坡降计算公式为：坝土：2.750.9490.949/(1+0.949)=0.487=0.898[J]=Jcr/F=0.898/2.50=0.359而出逸点的实际水力坡降J为：正常蓄水位1912.4m下，J＝0.39现状运行水位1909.3m下，J=0.38n覆盖层：2.770.8030.803/(1+0.803)=0.445=0.982[J]=Jcr/F=0.982/2.50=0.393而出逸点的实际水力坡降J为：正常蓄水位1912.4m下，J＝0.44现状运行水位1909.3m下，J=0.40计算结果见表4-9表4-9大坝渗透变形计算结果水库水位（m）计算参数坝体坝基Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区Ⅳ区正常蓄水位/现状运行水位（1912.40）/（1909.30）Jcr0.860.90F2.502.50[J]0.3590.393J0.39/0.380.44/0.40根据计算结果，坝体在正常蓄水位情况下，出逸水力坡降（J）为0.39，大于其允许水力坡降[J]值（0.359），易于发生渗透变形；在现状运行水位下，出逸水力坡降（J）为0.38，大于允许水力坡降[J]值（0.359），易于发生渗透变形。坝基覆盖层在正常蓄水位情况下，出逸水力坡降（J）为0.44，大于其允许水力坡降[J]值（0.393），易于可能发生渗透变形；在现状运行水位下，出逸水力坡降（J）为0.40，大于允许水力坡降[J]值（0.393），易于发生渗透变形。4.2.3大坝渗流安全综合分析（1）通过渗流量计算，坝体存在严重的坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏及坝肩结合部渗漏问题。根据地质勘察，坝基存在强透水区域。（2）坝体渗漏量随库水位的升高而增大，渗透水流直接在下游坝坡出逸，坝土受水浸泡，其物理、力学指标会逐年衰减。（3）坝土及坝基覆盖层在正常蓄水位和现状运行水位情况下，易于发生渗透变形破坏。4.3坝体结构安全复核4.3.1计算成果n根据孔家湾水库大坝实际情况，按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求，对大坝最大断面进行稳定渗流期的上、下游坝坡和库水位降落期的上游坝坡进行全面的抗滑稳定复核计算。对大坝分别计算了16种工况，其中，对正常运用计算了稳定渗流期的6种工况、水位缓降时的2种工况，对非常运用Ⅰ计算了2种工况，对非常运用Ⅱ计算了6种工况。各种工况下大坝的抗滑稳定最小安全系数计算结果见表4-10表4-10大坝抗滑、抗震稳定计算结果工作条件序号计算工况抗滑稳定安全系数规范允许值正常运用稳定渗流期下游坝坡1设计洪水位1914.58m1.0461.252正常蓄水位1912.40m1.1521.253现状运行水位1909.30m1.2761.25稳定渗流期上游坝坡4设计洪水位1914.58m1.9251.255正常蓄水位1912.40m1.6431.256现状运行水位1909.30m1.4101.25水位降落时上游坝坡7正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m1.2581.258正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m1.2371.25非常运用Ⅰ稳定渗流期下游坝坡9校核洪水位1915.44m0.9791.15稳定渗流期上游坝坡10校核洪水位1915.44m2.0401.15非常运用Ⅱ稳定渗流期下游坝坡（考虑地震）11正常蓄水位1912.40m，7°地震1.0361.1012现状运行水位1909.30m，7°地震1.1291.10稳定渗流期上游坝坡（考虑地震）13正常蓄水位1912.40m，7°地震1.4271.1014现状运行水位1909.30m，7°地震1.2451.10水位降落时上游坝坡（考虑地震）15正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m，7°地震1.151.1016正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m，7°地震1.1081.10n大坝下游坝坡在稳定渗流期的设计洪水位、正常蓄水位和现状运行水位下，抗滑稳定安全系数分别为1.046、1.152、1.276，仅现状水位下，抗滑安全系数略大于规范值（1.25），设计洪水位与正常蓄水位均小于规范值，主要原因是由于现状水位较低，水深仅5.1m；校核洪水位下，抗滑稳定安全系数为0.979，小于现行规范值（1.15）。上游坝坡在稳定渗流期的设计洪水位、正常蓄水位和现状运行水位下，抗滑稳定安全系数分别为1.925、1.643、1.410，均大于现行规范值（1.25）；校核洪水位下，抗滑稳定安全系数大于现行规范值（1.15）；在水位从正常蓄水位缓慢降落至最不利水位时，其抗滑稳定安全系数为1.258，略大于现行规范值（1.25）；在水位从正常蓄水位缓慢降落至死水位时，其抗滑稳定安全系数为1.237，小于现行规范值（1.25）。综上所述，大坝下游坝坡的抗滑稳定安全系数小于或略大于现行规范值，上游坝坡存在抗滑稳定安全系数小于现行规范值的工况，综合评定大坝抗滑稳定性差。4.4抗震安全复核4.4.1计算结果孔家湾水库大坝的抗震稳定安全系数值已列入表4-10中。4.4.2计算结果分析由计算结果知，大坝下游坝坡在稳定渗流期情况下，正常蓄水位抗震稳定安全系数为1.036，小于现行规范值（1.10），现状水位抗震稳定安全系数为1.129，略大于现行规范值（1.10），主要原因是由于现状水位较低，水深仅5.1m，现状库容仅为兴利库容的1/2，正常蓄水位情况下，大坝抗震不满足规范要求。上游坝坡在稳定渗流期情况下，正常蓄水位和现状水位的抗震稳定安全系数分别为1.427、1.245，大于现行规范值（1.10）；在水位缓降情况下，正常蓄水位降至最不利水位时，抗震稳定安全系数为1.150，略大于现行规范值（1.10）；正常蓄水位降至死水位时，抗震稳定安全系数为1.108，略大于现行规范值（1.10）。nn5.枢纽工程除险加固设计5.1水库枢纽除险加固工程布置孔家湾水库控制灌溉面积达0.1万亩，水库灌溉供水可通过复蓄调节使用，抗御了多年的洪旱灾害，促进了农业经济的发展；同时水库也担负着重要的防洪任务，对保护水库下游0.3公里处的永丰镇集镇、0.5公里处的新民村4-8组村庄（人口4000人，保护耕地1500亩）、213国道（距离水库约2公里）及昭（通）鲁（甸）公路等的生命财产安全起到了至关重要的作用。目前，水库已病险严重，正常运行无法保障，为此做好该水库的安全评价工作、为后期除险加固处理做好准备已势在必行。根据水库现状及安全鉴定结论，本次除险加固的工程项目主要有：（1）对水库坝体、左右坝肩、坝基进行整体防渗处理；（2）对大坝坝体上、下游坝坡进行整修、加固处理；坝顶增设防浪墙，以满足坝顶安全超高要求；（3）增设排水棱体；（4）根据工程区实际地形地质情况，加固现状涵洞，并对启闭设备进行更换处理；（5）对溢洪道进行拆除重建，以满足安全泄洪需要；（6）鉴于永丰高沟从大坝下游坝坡经过，为此，应做好永丰高沟的防渗处理，并在运行过程中对其加强监测管理，防止其对大坝结构稳定构成威胁。（7）新建水库管理所；5.2大坝除险加固设计5.2.1坝体及坝面整修设计坝顶设置为泥结石路面，坝顶上游侧设置防浪墙，墙顶高于坝顶1m。上游坝面护坡块石残缺不全，极其凌乱，有沉陷、隆起、风化严重及风浪淘蚀等异常现象；故需对坝体上游坡面进行整修，采用干砌石块进行护坡，石块直径不宜小于0.2—0.35m，下面垫0.15—0.25m厚的碎石或砾石。坝体与两岸坡接触处增设0.35m横向排水沟,下游设永丰高沟的戗台处增设0.35m纵向排水沟。n下游右坝坝坡坡面凸凹不平，存在浸湿、渗漏现象，坝脚排水沟淤积严重、排水不畅。采用草皮护坡，坝体与两岸坡接触处增设0.3m排水沟。5.2.2排水棱体设计现状坝体下游无排水棱体，故设计中在坝下游新建排水棱体。坝体排水布置于大坝下游坡脚处，型式为棱体排水，排水棱体顶部高程为1907.2m，底部高程为1904.2m，最大高度3m，排水棱体顶部宽1.5m，内坡坡比1：1.2，外坡坡比1：1.5。棱体采用干砌块石砌筑，棱体底部及内侧布设反滤层，层厚及粒径按反滤要求考虑，坝脚排水沟淤积严重、排水不畅，故需对坝脚排水沟进行清淤、整修处理，以便能及时排泄渗漏水体。5.2.3防渗方案目前常用的防渗处理技术很多，如振动沉模防渗板墙、劈裂帷幕灌浆、高压喷射灌浆防渗、土工模防渗、级配料灌浆、混凝土防渗墙技术等，结合孔家湾水库工程实际情况和病害状况，坝体设计中选择了帷幕灌浆方案（一方案）和防渗墙～帷幕灌浆组合方案（二方案），并对其进行经济、技术等方面的比较。（1）帷幕灌浆方案<方案一>该方案对坝体，左、右坝肩，坝基进行帷幕灌浆整体防渗处理。（A）防渗边界：根据地质勘探资料，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求：坝体防渗顶界为水库正常蓄水位；防渗底界为岩体透水率指标小于10Lu分界线。防渗左边界为坝0+000.000；防渗右边界为坝0+220.000；（B）设计参数设计防渗体厚度0.7-0.8m，允许水力坡降（[J]）为100，渗透系数（k）小于1×10-6cm/s，防渗板墙28天龄期（R28）大于1.3Mpa，防渗板墙弹性模量（E）小于1000Mpa，抗渗标号为S6。（C）防渗布置防渗体布置为接地式帷幕，总长220m，从坝0+000.000—坝0+220.000进行帷幕灌浆处理。由于无灌浆试验资料，通过与已建成工程进行类比，岩体帷幕灌浆孔孔距确定为2.0m，设计中共布置111孔，帷幕体厚度0.7～0.8m。n设计灌浆孔分三序逐级加密灌注，一序孔及二序孔孔距为8.0m，三序孔孔距为4.0m。（D）施工质量检测在平行于坝轴线的方向每十个灌浆孔设置一个检查孔，共布置了11个，具体尺寸见孔家湾水库防渗参数表。用检查孔作压水试验，每5m作为一个压水试验段，此方案共有52个压水试验段。（2）防渗墙～帷幕灌浆组合方案（方案二）该方案对坝体和坝基覆盖层采用塑性混凝土防渗墙进行处理，对左、右坝肩，坝基采用帷幕灌浆进行处理。帷幕灌浆孔距2.0m，混凝土防渗墙厚度0.4m。（A）防渗体边界根据地质勘探资料，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求：坝体防渗顶界为水库正常蓄水位；防渗底界为岩体透水率指标小于10Lu分界线。防渗左边界为坝0+000.00；防渗右边界为坝0+220.000（其中，防渗墙左边界为坝0＋030.00，右边界为坝0+188.00）。（B）设计参数设计防渗体厚度大于0.4m，允许水力坡降（[J]）为100，渗透系数（K）小于k=1.0×10-7cm/s，防渗板墙28天龄期（R28）大于1.3Mpa，防渗板墙弹性模量（E）小于1000Mpa，抗渗标号为S6。（C）防渗体布置防渗体布置为接地式帷幕，总长220.0m，坝基及两坝肩（坝0+000.000～坝0＋030.000、坝0＋188.000～坝0＋220.000）进行帷幕灌浆处理；坝体（坝0＋030.000～坝0＋188.000）进行防渗墙处理。帷幕灌浆和防渗墙平面上采用裹头搭接。防渗墙：设计防渗墙厚度0.4m，墙顶高程为水库正常蓄水位（1912.4m），防渗墙长度158m，最大深度16.07m，平均深度10.91m。根据工程区料场情况，考虑到防渗墙的变形状况，防渗墙采用塑性混凝土浇注，设计塑性混凝土防渗墙28天龄期抗压强度（R28）大于1.6Mpa，弹性模量（E）为400～500Mpa，渗透系数（k）小于k=1.0×10-7cm/s，抗渗标号为S6。n灌浆帷幕：由于无灌浆试验资料，通过与已建成工程进行类比，岩体帷幕灌浆孔孔距确定为2.0m，设计中共布置111孔，帷幕体厚度0.7～0.8m。设计灌浆孔分三序逐级加密灌注，一序孔及二序孔孔距为8.0m，三序孔孔距为4.0m。（D）施工质量检测在平行于坝轴线的方向每十个灌浆孔设置一个检查孔，共布置了11个，具体尺寸见孔家湾水库（防渗墙-帷幕灌浆）防渗参数表。用检查孔作压水试验，每5m作为一个压水试验段，此方案共有52个压水试验段。5.3坝体稳定分析计算5.3.1帷幕灌浆方案（方案一）5.3.1.1渗流量分析计算一、渗流分析的内容和目的（1）确定坝体浸润线及其下游出逸点，绘制坝体及坝基流网图，为坝体稳定分析提供依据；（2）确定坝体及坝基渗流量，已估算水库渗漏损失；（3）确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸坡降，验算相应部位土体的渗透稳定性；（4）确定水库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置，以分析上游坝坡的稳定性；（5）确定岸坡绕渗的渗流量和渗透比降。二、渗流分析方法概述土石坝渗流分析方法主要有解析法、数值解法、流网法及试验法等。（1）解析法土石坝渗流原是复杂的空间问题，由于大坝一般较长，通常将其简化为平面问题。（2）数值解法数值解法是对拉普拉斯方程用差分法求解，或是根据有限元法利用计算机求解线性方程组进行坝体渗流分析。（3）流网法流网法是用手绘制出流网，然后用流网来求解平面渗流中的各个要素。（4）试验法n试验法就是采用模型试验的方法进行坝体渗流分析。三、浸润线推求（1）坝体分区及各区渗透系数的确定坝体分为5个区（坝土Ⅰ区、排水棱体Ⅱ区、冲洪基层Ⅲ区、基岩Ⅳ区、坝基帷幕灌浆Ⅴ区）坝体渗透系数采用各区渗透系数的加权平均值，，帷幕灌浆防渗体厚度0.7～0.8m，防渗体渗透系数为1×10-6cm/s。见下图5-1图5-1坝体分区概化图表5-1坝体分区各区渗透系数渗透系数k(cm/s)Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区Ⅳ区Ⅴ区6.3×10-41×10-23.31×10-46.53×10-41×10-6（2）浸润线计算坝体浸润线采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》（V5.10）中的渗流分析计算软件进行二维平面有限元分析得到。计算结果见表5-2表5-2各工况浸润线位置水库水位（m）坝坡出逸点标高现状运行水位1909.301904.30正常蓄水位1912.401904.31设计洪水位1914.581904.35校核洪水位1915.441904.42最不利水位1908.101904.28n渗流计算采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件V5.1》进行上游取正常蓄水位1912.4m，经计算，坝体单宽渗流量q=0.32m3/d.m，坝轴线长158m，日渗漏量为50.56m3，年渗漏量为18454.4m3（按水库满蓄8个月计），占总库容的0.02%。5.3.1.2渗透变形分析计算渗透变形复核计算与对现状大坝进行计算的过程相同，现将计算结果列于下表5-3表5-3大坝渗透变形计算成果表水库水位（m）计算参数坝体坝基Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区正常蓄水位/现状运行水位（1912.4m）/（1909.3m）Jcr0.8980.982坝基基岩F2.502.50[J]0.3590.393J0.16/0.120.352/0.348根据上述计算结果，除险加固处理后，坝体及坝基均不会发生渗透变形。5.3.1.3渗透变形分析计算一、抗滑稳定分析计算1.稳定分析的目的土石坝的稳定分析是指对土石坝的坝坡或坝体连同坝基在荷载作用下发生失稳破坏的可能性所作的计算和分析。土石坝的失稳破坏通常有滑动、液化和塑流三种形式。滑动破坏是由于坝体土体（或坝基）抗剪强度不足所造成的坝坡坍塌（或坝体连同坝基同时滑动）的现象；液化则是饱和松砂在受到振动或剪切作用时，由于其有效应力急剧降低，甚至强度完全丧失而形成像液体一样流动的现象；塑流是由于坝体或坝基内局部地区的剪应力超过土料的抗剪强度，变形超过极限值，致使坝坡或坝基发生过大变形，引起隆起、裂缝或沉陷的现象。2.坝体抗滑稳定分析（1）工程等级及建筑物级别、水库特征水位、地震设防烈度等基本资料。根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），孔家湾水库属小（一）型水库工程，其工程等别为四等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。水库正常蓄水位1912.40m，现状运行水位1909.30m，校核洪水位1915.44mn（本次复核值），设计洪水位1914.58m（本次复核值），死水位1907.75m。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），孔家湾水库工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动参数反应谱周期为0.45s，相应地震基本烈度属Ⅶ度。根据工程规模，确定抗震设防烈度为Ⅶ度。（1）计算断面计算断面采用现状大坝最大横断面，坝土Ⅰ区、排水棱体Ⅱ区、冲洪基层Ⅲ区、基岩Ⅳ区、坝基帷幕灌浆Ⅴ区。（3）浸润线根据大坝现状病害情况，结合本次安全评价地质勘察资料，对坝体土样进行物理力学性质分析。然后，通过钻孔水位反演分析水库现状运行水位情况下的坝土渗透系数和坝基透水率，进行坝体渗流分析。坝体浸润线采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》（V5.10）中的渗流分析计算软件进行二维平面有限元分析得到。（4）计算工况土石坝在运用期间，上、下游水位是经常变化的，在进行稳定分析时，应选择对上、下游坝坡可能最不利的工作情况。一般情况下有以下几类：①正常运用条件（a）上游为正常蓄水位，下游为相应的最低水位，或上游为设计洪水位，下游为相应水位。这时上、下游水位差较大，持续时间较长，坝内形成稳定渗流，浸润线位置高，渗透压力大时土石坝上、下游坝坡稳定分析的重要工况之一。（b）上游水位位于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间，且处于稳定渗流期。根据经验，上游处于某一低水位（一般为坝高的1/3附近）时，由于水位上部坝体土料为湿容重，比高水位时的浮容重要大，上游坝坡的稳定性可能更不利，因此也是上游坝坡稳定性的校核工况之一。②非常运用条件Ⅰ（a）上游为校核水位，下游为相应的水位，可能形成稳定渗流的情况。此时大坝下游水位高，下游坝体可能浸水，浮力较大，所以也应对此工况下的上、下游坝坡稳定性进行分析。（bn）水库水位非常降落（常称为骤降）。如自校核水位降落并降落至死水位以下，以及大流量快速泄空等。此时坝体内部的部分孔隙水将向上游渗出，增加了上游坝坡坍滑的可能性，同时，坝体上部土体由浮容重很快变为饱和容重，土料中的水来不及排出，出现超孔隙压力，对坝坡稳定性十分不利，所以应对此时上游坝坡的稳定性进行分析。③非常运用条件Ⅱ正常运用条件遇地震。此时由于地震惯性力作用方向的可变性，上、下游坝坡均可能产生失稳，所以也应对此种工况进行坝坡稳定性校核。对大坝分别计算了16种工况，其中，对正常运用计算了稳定渗流期的6种工况、水位缓降时的2种工况，对非常运用Ⅰ计算了2种工况，对非常运用Ⅱ计算了6种工况。（5）坝坡稳定允许安全系数根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），当采用简化毕肖普法计算时，各种工况下的抗滑稳定最小安全系数为:正常运用工况：k=1.25非常运用工况Ⅰ：k=1.15非常运用工况Ⅱ：k=1.10（6）计算方法和软件计算采用刚体极限平衡法中的简化毕肖普法，按总应力法计算，地震作用力按新颁布的《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）中的有关规定进行计算。滑弧土体的地震荷载按拟静力法考虑，在土条上直接作用其地震惯性力，只考虑顺河流方向的地震作用。计算软件采用中国水利水电科学研究院陈祖煜教授编制的《土质边坡稳定分析程序STAB2008》。计算断面采用本次设计的坝体最大横断面，各特征水位为设计中的复核值。坝土（基）分区及各区主要物理力学指标计算值根据《大坝安全鉴定报告》中土工试验结果统计分析得到，新增排水体作为单独区域处理，其物理力学指标计算值采用本次设计阶段土料试验成果。坝体稳定复核计算中各区土料的计算指标见表5-4。n表5-4坝体各区土料主要物理力学指标计算值坝体分区天然容重(ρ)饱和容重(ρsat)粘聚力(C)内摩擦角(φ)kN/m3kN/m3kpa°坝体Ⅰ区18.6019.0014.4014.30棱体Ⅱ区21.0021.500.0028.50冲洪积层Ⅲ区19.8019.9015.0015.20坝基Ⅳ区19.019.219.716.8计算采用刚体极限平衡法中的简化毕肖普法，按总应力法计算，地震作用力按新颁布的《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）中的有关规定进行计算。滑弧土体的地震荷载按拟静力法处理，只考虑顺河流方向的地震作用。计算软件采用中国水利水电科学研究院陈祖煜教授编制的《土石坝边坡稳定分析程序（STAB2008）》。计算工况为施工期、稳定渗流期，根据输水涵洞的泄流能力水库不会出现骤降工况，因此计算中不考虑库水位骤降情况。计算工况见表5-5；计算结果见表5-6。n表5-5大坝计算工况组合工作条件序号计算工况正常运用稳定渗流期下游坝坡1设计洪水位1914.58m2正常蓄水位1912.40m3现状运行水位1909.30m稳定渗流期上游坝坡4设计洪水位1914.58m5正常蓄水位1912.40m6现状运行水位1909.30m水位降落时上游坝坡7正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m8正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m非常运用Ⅰ稳定渗流期下游坝坡9校核洪水位1915.44m稳定渗流期上游坝坡10校核洪水位1915.44m非常运用Ⅱ稳定渗流期下游坝坡（考虑地震）11正常蓄水位1912.40m，7°地震12现状运行水位1909.30m，7°地震稳定渗流期上游坝坡（考虑地震）13正常蓄水位1912.40m，7°地震14现状运行水位1909.30m，7°地震水位降落时上游坝坡（考虑地震）15正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m，7°地震16正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m，7°地震.n表5-6加固后大坝抗滑、抗震稳定计算成果（方案一）工作条件序号计算工况抗滑稳定安全系数规范允许值正常运用稳定渗流期下游坝坡1设计洪水位1914.58m1.3291.252正常蓄水位1912.40m1.3631.253现状运行水位1909.30m1.451.25稳定渗流期上游坝坡4设计洪水位1914.58m1.871.255正常蓄水位1912.40m1.6251.256现状运行水位1909.30m1.5671.25水位降落时上游坝坡7正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m1.2221.258正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m1.2161.25非常运用Ⅰ稳定渗流期下游坝坡9校核洪水位1915.44m1.4431.15稳定渗流期上游坝坡10校核洪水位1915.44m2.0011.15非常运用Ⅱ稳定渗流期下游坝坡（考虑地震）11正常蓄水位1912.40m，7°地震1.241.1012现状运行水位1909.30m，7°地震1.231.10稳定渗流期上游坝坡（考虑地震）13正常蓄水位1912.40m，7°地震1.381.1014现状运行水位1909.30m，7°地震1.2291.10水位降落时上游坝坡（考虑地震）15正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m，7°地震1.1821.1016正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m，7°地震1.1691.10二、抗震稳定分析计算1.地震基本烈度、抗震设防烈度根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），孔家湾水库工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动参数反应谱周期为0.45s，相应地震基本烈度属Ⅶn度。根据工程规模，确定抗震设防烈度为Ⅶ度。2.设计标准根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），孔家湾水库属小（一）型水库工程，其工程等别为四等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。3.大坝抗震安全复核3.1抗震分析基本资料（1）大坝分区将大坝分为：坝土Ⅰ区、排水棱体Ⅱ区、冲洪基层Ⅲ区、基岩Ⅳ区、坝基帷幕灌浆Ⅴ区。（2）计算工况对大坝分别计算了16种工况，其中，对正常运用计算了稳定渗流期的6种工况、水位缓降时的2种工况，对非常运用Ⅰ计算了2种工况，对非常运用Ⅱ计算了6种工况。（3）计算方法和程序据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，通过统计分析得各区土料的物理力学性质指标计算值，根据中国水利水电科学研究院陈祖煜教授编制的《土质边坡稳定分析程序STAB2008》进行计算。（4）计算结果孔家湾水库大坝的抗震稳定安全系数值已列入表5-6中。经坝坡稳定计算上、下游边坡抗滑、抗震稳定安全系数均满足现行规范要求。5.3.2防渗墙-帷幕灌浆方案（方案二）5.3.2.1渗流量分析计算一、浸润线推求（1）坝体分区及各区渗透系数的确定坝体分为5个区（坝土Ⅰ区、排水棱体Ⅱ区、冲洪基层Ⅲ区、基岩Ⅳ区、坝基帷幕灌浆Ⅴ区）坝体渗透系数采用各区渗透系数的加权平均值，，防渗墙的渗透系数为1×10-7cm/s帷幕灌浆防渗体主浆脉厚度0.7～0.8m，防渗体渗透系数为1×10-6cm/s。n表5-7坝体分为五个区，各区渗透系数见下渗透系数k(cm/s)Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区Ⅳ区Ⅴ区6.3×10-41×10-23.31×10-46.53×10-41×10-6（2）浸润线计算坝体浸润线采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》（V5.10）中的渗流分析计算软件进行二维平面有限元分析得到。计算结果见表5-8表5-8各工况浸润线位置水库水位（m）坝坡出逸点标高现状运行水位1909.301904.40正常蓄水位1912.401904.41设计洪水位1914.581904.38校核洪水位1915.441904.51最不利水位1908.101904.42渗流计算采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件V5.1》进行上游取正常蓄水位1912.4m，经计算，坝体单宽渗流量q=0.21m3/d.m，坝轴线长158m，日渗漏量为33.18m3，年渗漏量为11812.08m3（按水库满蓄8个月计），占总库容的0.01%。5.3.2.2渗透变形分析计算孔家湾水库坝体渗透变形（防渗墙～帷幕灌浆组合方案）计算结果如下表5-9表5-9大坝渗透变形计算成果表水库水位（m计算参数坝体覆盖层正常蓄水位/现状运行水位（1912.4m）/（1909.3m）Jcr0.74150.862F2.502.50[J]0.3590.393J0.11/0.120.242/0.258n根据上述计算结果，除险加固处理后，坝体及坝基均不会发生渗透变形。5.3.2.3坝体结构安全分析计算计算断面采用本次设计的坝体最大横断面，各特征水位为设计中的复核值。坝土（基）分区及各区主要物理力学指标计算值根据《大坝安全鉴定报告》中土工试验结果统计分析得到，新增排水体作为单独区域处理，其物理力学指标计算值采用本次设计阶段土料试验成果。坝体稳定复核计算中各区土料的计算指标见表5-4。计算采用刚体极限平衡法中的简化毕肖普法，按总应力法计算，地震作用力按新颁布的《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）中的有关规定进行计算。滑弧土体的地震荷载按拟静力法处理，只考虑顺河流方向的地震作用。计算软件采用中国水利水电科学研究院陈祖煜教授编制的《土石坝边坡稳定分析程序（STAB2008）》。计算工况为施工期、稳定渗流期，根据输水涵洞的泄流能力，水库不会出现骤降工况，因此计算中不考虑库水位骤降情况。计算结果见表5-10n表5-10加固后大坝抗滑、抗震稳定计算成果（方案二）工作条件序号计算工况抗滑稳定安全系数规范允许值正常运用稳定渗流期下游坝坡1设计洪水位1914.58m1.3431.252正常蓄水位1912.40m1.3651.253现状运行水位1909.30m1.4891.25稳定渗流期上游坝坡4设计洪水位1914.58m1.9211.255正常蓄水位1912.40m1.6531.256现状运行水位1909.30m1.6051.25水位降落时上游坝坡7正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m1.2541.258正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m1.3091.25非常运用Ⅰ稳定渗流期下游坝坡9校核洪水位1915.44m1.4461.15稳定渗流期上游坝坡10校核洪水位1915.44m2.2371.15非常运用Ⅱ稳定渗流期下游坝坡（考虑地震）11正常蓄水位1912.40m，7°地震1.2871.1012现状运行水位1909.30m，7°地震1.2521.10稳定渗流期上游坝坡（考虑地震）13正常蓄水位1912.40m，7°地震1.3821.1014现状运行水位1909.30m，7°地震1.3251.10水位降落时上游坝坡（考虑地震）15正常蓄水位1912.40m降至最不利水位1908.10m，7°地震1.2161.1016正常蓄水位1912.40m降至死水位1907.75m，7°地震1.1981.10注：表中最小安全系数kmin对应的滑弧采用单形法三个自由度搜索得到。经坝坡稳定计算上、下游边坡抗滑、抗震稳定安全系数均满足现行规范要求。5.3.3方案比选从技术角度，方案Ⅰ（帷幕灌浆方案）和方案Ⅱ（防渗墙～帷幕灌浆组合方案）均可行。方案Ⅰ施工工艺简单，但工程除险加固处理以后，帷幕灌浆的防渗效果相对较差，并且耐久性方面也难于保证；方案Ⅱn坝土采用防渗墙的防渗效果明显好于采用帷幕灌浆的防渗效果，但由于存在二者之间的衔接等问题，施工工艺相对较为复杂。但综合经济、技术方面相比较，考虑孔家湾水库坝高较低，采用防渗墙～帷幕灌浆组合方案施工难度较大，且该水库工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，其主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，工程等、级别不是很高，故本次除险加固处理设计中将Ⅰ方案（帷幕灌浆方案）作为推荐方案。n6.结语在为期三个月的毕业设计中，从一开始的一头雾水到现在的设计内容全部完成，让我感受颇深，受益匪浅，主要表现为以下几点：（1）毕业设计是对大学所学的知识的一个综合运用。以前的学习只是学习一些理论知识，有关工程的设计思路和方法掌握得甚少，因此，大学开设毕业设计是使学生真正学好专业知识的必不可少的途径。通过本次设计，不仅提高了我们对理论知识的应用能力，更重要的是使我们掌握了一个工程设计的思路和方法。（2）通过本次设计，使我掌握了坝体的三大稳定：渗流、抗滑、抗震稳定的计算方法；掌握了对病险水库的除险加固措施；更重要的是提高了我的制图能力和对行业软件的应用能力。（3）深刻的体会到了设计是一项很细心并且很严谨的工作，在做的过程中，必须严格要求自己，一旦发现错误应该及时修改，不能一味的照搬人家的方式方法，否则做出来的成果会漏洞百出，前后矛盾。（4）设计过程中要不懂就问，多与他人交流，以便及时发现问题和解决问题，以此提高工作效率。同时要多帮助他人，大家是一个集体，互相帮助可以使大家共同进步。（5）设计过程中要弄清楚前因后果，知其然还要知其所以然，才能够真正的提高自己的专业素质和能力。n参考文献[1]中华人民共和国行业标准.（SL258-2000）大坝安全评价导则[S].北京:中国水利水电出版社，2005.[2]中华人民共和国行业标准.（SL274-2001）碾压式土石坝设计规范[S].北京:中国水利水电出版社，2004.[3]钱家欢、殷宗泽.土工计算原理[M].北京：中国水利水电出版社，2003.[4]陈祖煜.土质边坡稳定分析原理、方法及程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.[5]水利部国际合作与科技司.水利技术标准汇编[S].北京：中国水利水电出版社，2002.[6]华东水利学院.水工设计手册[M].北京：中国水利水电出版社，1984[7]白永年.土石坝加固[M].北京：中国水利水电出版社，1992.[8]林继镛.水工建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，2006（2007重印）.[9]杨进良.土力学[M].北京：中国水利水电出版社，2000.[10]天津大学.水利工程地质学[M].北京：中国水利水电出版社，2000.[11]卢廷浩.土力学,第二版.河海大学出版社，2002.1ISBN7-5630-1645-7[12]李廉锟.结构力学，第四版。高等教育出版社，2004.7（2005重印）.[13]左建、温庆博.工程地质及水文地质.北京：中国水利水电出版社，2004.[14]中华人民共和国水利部.（GB50287-99）水利水电工程地质勘察规范.中国计划出版社，1999.[15]（SL203-97）水工建筑物荷载设计规范.北京：水利水电出版社.[16]（SL73-95）水利水电工程制图标准.北京：水利水电出版社.[17]（DL/T5127-2001）水利工程CAD制图技术规程.北京：水利水电出版社.n致谢在这里真诚的感谢在这次毕业设计过程中给予过我帮助的老师和同学，谢谢你们！首先，我要感谢我的指导老师邱老师。经过这一学期的相处，我从邱老师那里不仅学习到了很多的专业知识，还学到了很多优秀品质。邱老师不仅知识渊博，更是拥有严谨的处事态度、认真负责的教学精神、教导有方的教学方法。在这三个月的设计时间里，邱老师总是严格要求每一位学生，细心教导设计方法和思路，详细给每位学生讲解知识要点，定期检查我们完成任务情况并及时安排下一步任务和工作。使得我们大大提高了工作效率。当我们遇到问题时，无论是简单还是复杂，邱老师总是细心的讲解，直到我们弄懂为止。对我们做出来的成果，邱老师总是一遍又一遍的给我们检查和点评。教导我们做设计不但要做完更重要的是做好，要讲究成果质量。同时，我还要感谢曾给予我极大帮助的师姐朱诗芳、周卫霞，师兄王福来、付灿，以及我的同学赵忠科、拔云晖、田强、宋鹏远、杨元红、胡忠周、杨滔，这次毕业设计能够圆满完成，离不开大家的无私帮助。在此我衷心的向邱老师、师姐、师兄及各位同学致谢。