查格亚面板堆石坝稳定性分析

何燕云，朱爱莉

（上海勘测设计研究院有限公司，上海200434）

1 引言

我国面板堆石坝起步较晚，但发展迅速，积累了相当的设计和分析经验。文中针对已建成完工的查格亚水电站大坝，依据原设计文件和相关的计算分析报告，复现设计方稳定分析模型，将计算结果与设计方成果进行比较分析，并应用国内筑坝材料通用的邓肯强度模型和经验参数分析查格亚大坝稳定性，对国内外不同强度模型的计算结果进行对比分析，为类似工程稳定分析提供参考。

2 工程概述

查格亚大坝位于南美秘鲁，由巴西Intertechne公司设计，为钢筋混凝土面板堆石坝，主体工程于2015年底完工。坝顶高程1 202.5 m，坝顶宽11.2 m，坝顶长度274 m，最大坝高210.5 m，宽高比1.30，河谷系数约1.5。上游边坡1∶1.5，下游综合边坡1∶1.8，其中马道间边坡为1∶1.2（高程992.00～1 100.00 m）、1∶1.3～1∶1.33（高程1 100.00～1 202.50 m）。坝顶上游设置“L”型防浪墙，墙高5.5 m，顶高程1 204.00 m，下游侧“L”型挡墙，墙高4.0 m。

坝体从上游至下游主要分区依次为：任意料区（1B）、砂壤土或粉细砂铺盖料（1A）、钢筋混凝土面板、挤压边墙、过渡层（2B）、上游堆石区（3B/3C’）、死区（T）、下游堆石区（3D）、下游基础过渡区（3Ca/3C）、下游护坡（4区），在右岸坝体局部断面，2B与3B区之间设置了3A、3B’（天然砂砾石料）。1A区顶部高程1 075.00m，采用砂壤土或粉细砂，垫层采用挤压边墙，除右岸的上游堆石区部分采用了砂砾料以外，其余堆石料3B、3C、3D区均采用了硬岩堆石料，T区采用了含砂的崩积层料。

3 大坝边坡稳定分析

3.1 稳定分析模型复现

设计方坝体稳定分析采用了SLOPE/W软件[1]、斯宾塞分析方法，文中采用相同的分析程序和计算方法，对大坝边坡稳定分析模型进行复现，采用与设计方稳定分析报告中相同的几何模型、材料参数和设计工况。

原稳定分析报告堆石体材料模型，采用德迈洛（de Mello，1977）表达式。德迈洛将堆石的非线性抗剪强度特性用指数形式表示：

式中：τf为堆石料抗剪强度；σn为滑动面上法向应力；A、m为试验参数。德迈洛对马萨尔大型三轴压缩仪的堆石试验成果统计出m的变化范围为0.81～0.88，m愈小对 τf影响愈大；一般m值为0.7～0.8。

查格亚大坝堆石材料为灰岩，A、m为参数分别取值2和0.875，与国内参考文献［2］中提到的几种碾压式堆石的A、m值相比，A取值较低，m取值较高。设计方用于坝体稳定分析的材料参数见表1所示。

表1 材料参数

原设计方计算报告成果与文中复现模型校核成果详见表2。计算结果表明，复现模型的安全系数与设计方设计安全系数基本一致，表明设计方分析模型准确、可靠。

表2 各工况安全系数

3.2 非线性抗剪强度指标分析

查格亚大坝堆石的非线性抗剪强度，设计方采用了德迈洛公式，除3.1所述的德迈洛非线性抗剪强度公式外，国内更为常用的是邓肯（Duncan,J.）对数表达式。碾压式土石坝设计规范[3]第10.3.5条要求，混凝土面板堆石坝的粗粒料应采用式（2）确定的抗剪强度指标进行稳定计算。

堆石为无粘聚力材料（c=0），其抗剪强度可用内摩擦角表示，其内摩擦角与围压呈非线性关系[4][5]，公式如下：

堆石抗剪强度由下式表示

为更好理解设计方强度参数，同时也用国内的强度公式对设计方结果进行对比，文中对复现模型采用国内规范要求的邓肯对数表达式，堆石材料强度参数选用与查格亚坝体堆石（灰岩）接近的天生桥一级坝体材料和珊溪坝体材料参数，选取六组强度参数对运行期工况的下游坝坡进行了对比分析，分析结果见表3。

表3 校核参数及对应的安全系数

由计算结果可知：采用邓肯对数表达式计算的安全系数与设计方德迈洛公式计算的安全系数非常的接近，相差最大的是编号2，相差5.3%，亦在合理的偏差范围。编号4强度参数计算的结果与设计方计算结果相等，可以近似认为德迈洛公式A、m参数分别取值2和0.875与邓肯对数表达式强度参数分别取50.5、10.0等效。由此可见：国内外虽然采用不同强度公式，但计算的坝体稳定安全系数与国内通用公式和参数计算结果基本一致。

4 结语

文中通过复现已建成完工的查格亚大坝稳定分析模型，校核了设计方的计算成果，并应用国内类似工程的参数进行对比分析，分析结果表明，设计方采德迈洛强度公式和相应参数的计算结果，与采用国内公式（邓肯对数表达式）及其参数所得安全系数基本一致。