1 主要工程問題及研究對策

　　獅子灘水電站位于四川省長壽縣境內，是龍溪河四級開發(fā)利用中最上游一級。電站裝機容量4．8萬kW，年發(fā)電量2．06億kW&midd0t;h，水庫總庫容8．3億m3，可對天然來流量作多年調節(jié)。主要水工建筑物由混凝土擋墻堆石壩、溢洪道、有壓引水系統(tǒng)及電站廠房組成。溢洪道位于堆石壩左端條形山脊天然埡口，總寬112．0 m，設計最大泄洪能力49l0．0 m3／s，從溢流壩至挑水坎總長358．0m，其中，首段為重力式混凝土溢流壩，共分5個壩段，壩段長22．0-23．0m， 閘墩寬4．0m，在閘墩中心線分沉陷縫，建基面高程從1號至5號壩段為326．5—318．0m，溢流堰頂高程340．0m，壩頂高程350．0m，最大壩高32，0m，溢流壩上設置7．0 m×18．0m(高×寬)弧形閘門5孔。中段為泄水陡槽，長322．5m，平均坡降4．95％，末端為混凝土低鼻坎矩形差動式挑水坎。

　　獅子灘水電站于l957年3月全部建成，至今已安全運行41年。在多年運行期間，水庫最低蓄水位325．09m，較死水位低3．14m，最高運行水位347．58m，較正常高水位高0．85m，溢洪道實際下泄最大流量1750 m3／s，僅達設計泄洪能力的35．6％，溢洪道各建筑物還未經受設計最大泄流量考驗，同時，經過多年蓄水運行，溢洪道相繼出現(xiàn)一些影響安全運行的工程問題，主要包括：

　　(1) 溢流壩上游鋪蓋被淘空。

　　原設計溢流壩上游鋪蓋為1：4坡度的粘土鋪蓋，表面再鋪塊石保護，施工時作了修改，鋪蓋粘土只回填至330．0m高程，330．0m高程以上改用廢渣回填，經過多次泄洪，下泄水流將回填廢渣及330．0m高程以下的粘土大量帶走，鋪蓋大部分已失去保護，溢流壩前沿基礎已經暴露在外，致使?jié)B徑縮短，增加了帳幕前壩基滲透壓力，并可能拉裂帳幕，影響溢流壩體的整體安全。

　　(2) 溢流壩穩(wěn)定安全參數(shù)偏低。

　　由于溢流壩基礎大部分位于薄層砂巖上，砂巖厚度一般為3．0—4．0m，以下為砂質粘土與砂巖互層，巖性變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育，問有風化破碎帶，在砂質粘土巖中分布有埋深較淺，產狀近于水平且連通性較好的G4、G5軟弱夾層，其中建基面以下8．0m的G5夾層分布于整個溢流壩基。原設計根據(jù)竣工資料，對1號一5號壩段在校核洪水條件下的穩(wěn)定性進行復核，1號一3號壩段抗滑穩(wěn)定安全參數(shù)Kc為1．0—1．08，4號壩段為0．91，5號壩段為0．94，由此可見4號、5號壩段的Kc值不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。為客觀評價4號、5號壩段的穩(wěn)定安全性，設計上建議在穩(wěn)定分析中考慮尾部巖體的抗剪作用，這種計入尾部巖體抗力的分析方法是合理的，但對4號、5號壩段穩(wěn)定安全參數(shù)量值上的變化設計上未作詳細說明。

　　(3) 溢流壩普遍出現(xiàn)貫穿性裂縫。

　　據(jù)獅子灘溢洪道運行總結報告介紹，溢流壩體出現(xiàn)的貫穿性裂縫可分為三類：第一類是遺留的施工冷縫；第二類是由于混凝土澆筑過程中未采取嚴格溫控措施和拆模過早等因素形成的，先期(末蓄水發(fā)電前)裂縫；第三類則是在多年運行期間，由于壩面溫度隨外界氣溫變化所產生并逐步演變形成的。上述三類貫穿性裂縫的形成原因，以及對壩體安全性的影響程度，是工程上所關心的問題。

　　針對獅子灘電站溢洪道所存在的上述三個主要 問題，結合溢洪道多年的運行與安全監(jiān)測資料，以及 1990年獅子灘水電站大壩安全定檢時所修定的最新地質水文成果，運用三維彈塑性有限方法，以上游鋪蓋、溢流壩及下游護坦和壩基巖體作為計算整體，對溢流壩體的變位與應力特征，以及上述(1)、(2)因素對壩體穩(wěn)定性的影響進行定量分析評價，給出獅子灘電站溢流壩現(xiàn)今與進行工程處理后所具有的整體安全儲備，同時，還對溢流壩出現(xiàn)貫穿性裂縫的原因及其影響作了初步分析。

2 有限元數(shù)學模型及計算方法

　　2．1 有限元計算范圍及結構離散

　　選取最大壩高，抗滑穩(wěn)定安全參數(shù)最低的4號壩段作為分析對象，并沿上下游及壩基方向延伸一定范圍構成三維計算域，其中：

　　垂直水流方向(Y向)：溢流壩1+81．3l—溢流壩l+103．31m；

　　平行水流方向(X向)：0-30．00-0+80．00m：

　　垂直方向(Z向)：建基面以下32．0m至壩頂，絕對高程290.0— 350．0m，相對高差60．0m。

　　該區(qū)

長絲土工布的應用領域（1）作擋土墻回填中的加筋，或用于錨固擋土墻的面板。修筑包裹式擋土墻或橋臺。（2）加固柔性路面，修補道路上的裂縫，防止路面反射裂縫。（3）增加碎石邊坡及加筋土的穩(wěn)定性，防止水土流失和低溫時土體的凍害。（4）路道碴與路基之間的隔離層，或路基與軟基之間的隔離層。（5）人工填土、堆石或材料場與地基的隔離層，不同凍土層之間的隔離，反濾和加固作用。（6）儲灰壩或尾礦壩的初期上游壩面的濾層，擋土墻回填土中排水系統(tǒng)的濾層。（7）排水暗管周邊或碎石排水暗溝周邊的濾層。（8）水利工程中水井、減壓井或斜壓管的濾層。（9）公路、機場、鐵路道渣和人工堆石等與地基之間的土工織物的隔離層。（10）土壩內部垂直或水平排水，埋入土體中消散空隙水壓力。（11）土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護面下部的排水。（12）排除隧洞周邊滲水，減輕襯砌所承受的外水壓力及各建筑物周圍滲水。（13）人工填土地基運動場地基的排水。（14）公路（包括臨時道路）鐵路、堤岸、土石壩、機場、運動場等工程中用以加強軟弱地基。

域包括4號壩段左右閘墩，溢流壩體、上游前坦30．0m與下游護坦50．0m，以及壩基以下薄層砂巖、砂質粘土巖互層與軟弱破碎帶G5。根據(jù)溢流壩受力特點及壩基地層分布界面，對計算域進行剖分，其中壩體和護坦混凝土結構，以及壩基巖體采用空間8節(jié)點等參元模擬，G5軟弱夾層以8節(jié)點夾層單元模擬，為反映壩體與壩基巖體接觸面相對剪切變形，該接觸面用接觸界面單元模擬。

　　2．2 材料物理力學參數(shù)

　　參考原設計采用材料物理力學參數(shù)，并結合1990年獅子灘水電站溢洪道壩基巖石力學試驗成果，本次有限元分析計算選用材料參數(shù)見表l。

表1 材料物理力學參數(shù)表

材料名稱