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四川水利20071No16武都水库大坝河床坝基深层抗滑稳定分析唐成建,张 全,潘 杰,蔡 鸿(四川省水利水电勘测设计研究院勘察分院,四川郫县,611731) 【摘 要】武都水库大坝处于龙门山前山断裂带内,其岩溶、构造极为复杂,河床中发育多条缓倾角断层和大的裂隙结构面。
查清缓倾角断层、裂隙的分布、性状及力学参数,对于确保坝高120134m碾压混凝土重力坝的安全稳定具有重要意义。
【关键词】缓倾角断层 裂隙 深层抗滑稳定 力学参数 武都水库 武都水库位于四川省江油市境内涪江干流上,是以防洪、灌溉为主,结合发电、兼顾城乡工业生活及环境供水等综合利用的大(一)型水利工程。
大坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高120134m,总库容5172×108m3,设计正常蓄水位658m,装机容量150MW。
大坝总体布置共30个坝段,设计坝顶高程661134m,坝顶长度72710m。
其中,13#～18#坝段为河床坝段,相应建基面高程54110m～559m,顺河向厂房坝段、表底孔坝段长度分别为93m、109m。
工程区位于四川盆地西北边缘,属龙门山脉向四川盆地的过渡地带。
坝址区地面高程572m～775m,相对高差153m～203m,属低山地貌单元,主要为构造剥蚀～溶蚀地貌。
坝址区左、右岸帷幕防渗线接头处分别为泥盆系、志留系砂页岩地层,两岸及河床地基为泥盆系中统白石铺群观雾山组(D2gn)可溶岩地层。
坝址区位于龙门山褶断带前山构造带北段,处于F5与F7断层之间,区内主要构造线呈NE～S W向展布,岩层总体产状N41°～68°E/NW∠66°～78°。
坝区内断裂构造发育,褶皱发育次之。
河床坝基岩体以白云岩为主,存在断层、层间错动带、裂隙、溶蚀带等地质缺陷,影响坝基深层抗滑稳定。
因其层间错动带及溶蚀带对坝基深层抗滑稳定影响较小,故本文主要介绍断层及裂隙对大坝深层抗滑稳定的影响。
1 坝基断层的特点与特征坝基中与深层抗滑稳定有关的断层主要有: F31、F31-1、10f2、f101、f101-1和f115、f27、f114、f116等。
武都引水工程与涪江治理开发武都引水工程是四川省“西水东调”总体规划中具有防洪、灌溉、发电、城乡工业生活供水、环境保护、旅游等综合利用功能的大型骨干水利工程，被国务院列为《九十年代中国农业发展纲要》中的重要灌溉项目,是四川省的重点水利工程，也是建设绵阳科技城的重要基础设施。
武都引水枢纽工程位于四川省江油市，骨干及渠系位于绵阳、南充、广元、隧宁四个市的江油、游仙、梓潼、三台、盐亭、射洪、南部、剑阁八个县（市、区）。
武都引水工程计划分两期建设, 武都引水第一期工程建设取水枢纽和涪梓灌区，灌溉农田126. 98万亩,已于2001年全面建成，2002年元月通过了竣工验收。
武都引水第二期工程建设武都水库和西梓灌区两部分，灌区范围包括绵阳市的江油市(水库直灌区)、梓潼县、盐亭县、遂宁市的射洪县、广元市的剑阁县和南充市的南部县，灌溉面积101.53万亩,其中西梓灌区86.58万亩,武都水库直灌区14.95万亩，并提高一期灌区126.98万亩农田的灌溉保证率。
武都水库坝址位于四川省江油市武都镇北约4公里的涪江干流摸银洞河段。
坝址以上集雨面积5807平方公里，多年平均径流总量44.2亿立方米,总库容5.72亿立方米,正常蓄水位658米,正常库容5.51亿立方米,校核洪水位659.43米,主汛期限制水位645米,防洪库容0.86亿立方米。
碾压混凝土重力坝最大坝高120米，坝顶高程660.14米,坝顶长727.0米。
正常蓄水位时水面面积13.75平方公里，回水长度37公里。
武都水库坝后式电站额定水头64米，额定流量87.8立米/秒。
3台水轮发电机组，总装机150兆瓦，额定电压10.5千伏，送出110千伏输电线路4公里，多年平均发电量6.11亿千瓦时,保证出力3.39万千瓦,年利用时数4070小时。
武都水库工程主要由碾压混凝土重力坝、泄洪隧洞、坝身泄水洞、坝后式电站等组成。
全坝共分21个坝段,最长为40.6米,最小15米。
1工程概况武都水库工程位于四川省江油市武都镇上游约4km ，是涪江上一座具有防洪、灌溉（控灌总面积约15.24万hm 2）、发电、供水、改善环境、旅游和水产养殖等综合利用效益的龙头水库，为Ⅰ等工程。
其主要建筑物水库拦河坝、溢流坝段和厂房坝段等级为1级，坝型为碾压混凝土重力坝，最大坝顶高程661.34m ，最大坝高120.34m ，坝顶长度736.0m ，水库总库容5.72亿m 3，电站装机容量为3×50MW 。
除溢流道的溢流面、闸墩和导墙以及坝顶的混凝土为常态混凝土外，基础垫层混凝土和廊道周边混凝土为变态混凝土，其余部位均为碾压混凝土，混凝土总方量约188万m 3，其中碾压混凝土约148万m 3。
2碾压混凝土施工质量控制施工质量控制实行以“单元工程为基础、工序控制为环节、重点部位旁站、全面全过程控制”的标准化、程序化和量化管理。
质量检测实行施工单位“三检”自检和监理机构抽检制度，全面实施碾压混凝土浇筑前、浇筑施工和浇筑后的施工质量检查和检测控制工作。
2.1浇筑前施工质量控制2.1.1完善质量控制程序为实现工程施工质量控制的标准化、程序化和量化管理以及做到“执行上道工序不合格不得进行下道工序”的施工质量控制原则，监理机构根据SL176-2007《水利水电施工质量检验与评定规程》［1］要求与参建各方共同协商，并经质监站审批后确定武都水库大坝工程划分为1个单位工程、17个分部工程以及若干个单元工程；先后编制与碾压混凝土质量控制有关的监理工作管理程序和监理实施细则11个、专业签证记录表和质量评定表57个，确保工程施工质量得到了有序和有效控制。
2.1.2施工准备阶段工作施工准备阶段的检查、审查、审批和测量以及试验工作包括：检查施工单位组织机构设置和人员配备情况；检查有关质量保证体系方面的文件和规章制度的制定以及执行情况；审查施工、质检、测量收稿日期：2019-12-15作者简介：陈义斌，男，教授级高级工程师，主要从事水利水电工程监理方面的工作。
四川武引二期可行性研究报告第三篇工程地质水利部四川水利水电勘测设计研究院四川省二00一年二月二十五日批准：核定：审核：审查：校核：刘帮建成体海编写：刘帮建彭进学成体海衡晓云代绍述参加人员：龚兵权蔡鸿宋刚曾得志任天勇陈利友1正文目录第一章工程勘察概况第一节武都水库第二节灌区工程一西梓干渠及灌区中小型骨干工程二金峰水库第二章区域地质第一节武都水库一地形地貌二地层岩性三地质构造及地震四区域构造稳定性五岩溶水文地质第二节灌区工程一西梓干渠二金峰水库三中小型骨干工程第三章武都水库第一节库区一基本地质条件二水库渗漏三水库浸没四库岸稳定2五矿产淹没六水库诱发地震第二节枢纽区工程地质条件一基本地质条件二坝址区工程地质条件三坝址比较及坝址推荐意见第四章灌区工程地质条件第一节西梓干渠工程地质条件及评价一基本地质条件二渠系建筑物三明渠四比较线第二节金峰水库工程地质条件及评价一库区工程地质条件及评价二坝址区工程地质条件及评介三坝址比较及推荐意见第三节中小型骨干工程地质条件第五章灌区水文地质条件第六章天然建筑材料第一节武都水库第二节灌区工程一西梓干渠二金峰水库三中小型骨干工程第六章结论3第一节武都水库第二节灌区工程一西梓干渠二金峰水库三中小型渠系工程4武都水库附图目录56附件目录1，武都水库地震安全性评价报告2，岩石、土壤、水质、岩石磨片、砂砾石等试验汇总表3，钻孔及平硐声波测试报告4，岩体现场变形测试报告（1994年）7第一章勘察工作概况四川武都引水二期工程由武都水库和灌区工程的西梓干渠、金峰水库及中小型骨干工程等组成，拟建在四川的江油、梓潼、盐亭、剑阁、南部、射洪及三台等地。
各工程勘察概况如下：第一节武都水库武都水库位于四川绵阳江油市武都镇以北约3km的涪江干流上。
坝址区距下游已建成的武都引水工程进水闸为500m，地理座标东经104°36'30″，北纬31°54'54″。
坝址区以南约26km为宝成铁路江油（中坝）火车站；以南约1.2km处有长城特殊钢厂准轨铁路支线。
武都水库施工导流设计杨柳;叶蓬春【摘要】武都水库位于四川省江油市武镇上游约4 km的摸银洞峡谷涪江上游河段,属大型水利工程.本文介绍了武都水库在可行性研究阶段和初步设计阶段的施工导流方案比选过程和确定的导流方式.【期刊名称】《东北水利水电》【年(卷),期】2010(028)005【总页数】2页(P15-16)【关键词】武都水库;施工导流;设计【作者】杨柳;叶蓬春【作者单位】二滩水电开发有限责任公司,四川,成都,610051;四川水利水电勘测设计研究院,四川,成都,621702【正文语种】中文【中图分类】TV551.1+2武都水库工程是涪江流域中综合利用规划推荐的“以防洪、灌溉为主，结合发电，兼顾城乡工业生活及环境用水等综合利用效益的龙头水库”。
坝址位于四川省江油市武都镇上游约4km的摸银洞峡谷涪江上游河段。
属大型工程，其主要建筑物（大坝及泄洪建筑物）级别为Ⅰ级，次要建筑物（厂房）级别为Ⅲ级，临时建筑物级别为Ⅳ级。
1 导流标准与导流时段可行性研究设计阶段推荐的导流方案为：混凝土面板土石围堰枯期挡水、汛期过水，右岸一条11m×13.5m隧洞导流（城门洞型）。
混凝土面板土石围堰枯期的挡水标准为10年一遇，围堰的汛期过水标准为20年一遇，坝体的渡汛洪水标准为100年一遇。
初步设计对施工各期的导流标准进行复核后仍维持原导流标准不变，推荐的导流方案为：初期导流包括一枯、一汛、二枯、二汛：一枯和二枯利用混凝土面板土石围堰挡水，右岸一条11m×13.5m导流隧洞泄流，围堰的挡水标准为10年一遇；一汛和二汛利用导流隧洞和一期基坑联合泄流，混凝土面板土石围堰的过水标准为20年一遇。
后期导流主要指三汛的坝体渡汛：此时导流隧洞已进行封堵，坝体渡汛利用已建成的3孔底孔和坝体预留缺口联合泄流，坝体渡汛洪水标准为100年一遇。
2 导流时段比选武都水库工程坝址所处涪江河段其洪水由暴雨形成，峰高量大，6-9月为主汛期，5，10月为过渡期，11月至次年4月为枯水期。
面向二十一世纪的泥沙研究成都2000416涪江干流武都水库工程泥沙研究1许天柱（四川省水利水电勘测设计研究院成都 610072）摘要本本文就武都水库工程泥沙设计中存在的一些泥沙问题进行分析研究。
该水库工程属泥沙不严重工程，库沙比在100以上，但由于其库尾回水变动区内有一大型厂矿的生活区，人口众多，如考虑淹没搬迁，工程投资将大大增多，因此必须对其淹没和浸没影响进行深入细致的研究，确定合理的运行水位。
通过多方案的分析比较，选择适当的水库调度方式可以解决本工程的泥沙问题。
关键词水土环境水土流失成因侵蚀类型防治对策关键词：回水变动区、回水末端、排沙比、溯源冲刷。
1 工程概况涪江武都水库是大(2) 型具有防洪、兼灌溉、发电、工业和生活供水等综合利用工程。
水库坝址位于四川省江油市武都镇北面约3km的涪江干流摸银洞河段。
其地理座标为东经104°46′30″，北纬31°54′54″。
涪江是长江二级支流，源于四川省松潘县境内岷山东麓三舍驿的红星岩，流经平武、江油、绵阳、三台、射洪、遂宁和潼南等市县后，于合川市汇入嘉陵江。
干流全长670km，流域面积36400km2，水利资源丰富。
其多年平均径流量达166.7亿m3，水能蕴藏量达200万kW以上。
根据流域规划，涪江干流铁笼堡以下共分41级开发。
其中，武都水库上游规划有9级水库或电站，下游有已建武都引水工程的首部枢纽及其它32级已建或规划的水利工程(多为电航结合工程)。
武都水库是涪江上游最后一级水库，其位于龙门山前山边缘，处于龙门山暴雨区。
坝址上游干流河长224km，坝址控制流域面积5807km2。
涪江流域中下游地区经济发达，农业上是四川腹地主要粮食和经济作物产区之一，但历史上频遭干旱威胁。
工业上以绵阳、江油市等为中心形成了包含若干大型企业的新兴川西北工业区，对能源和工业生活用水的要求日益迫切。
涪江干流绵阳以下段，历来是省内主要通航河段，但航运事业的发展受到枯期流量不足和综合用水矛盾的严重影响。
尤其是，涪江在历史上又是一条洪灾频繁的河流。
由于中下游河谷地区地势较低，人口稠密，城镇和工业集中，耕地较多，故遭受洪灾时损失大，影响严重。
根据洪灾调查资料，如遭遇200年一遇洪水，中下游地区，将产生80多亿元的损失。
随着近年来该地区经济的高速发展，洪灾的损失和影响愈来愈严重。
因此，由于水库所处位置的特殊性，武都水库建成后，将对涪江流域经济的发展和洪灾的防治起着巨大的作用。
2 天然来沙2.1 流域产沙概况武都水库库尾以上为山区，主要为岷山山脉和龙门山脉组成。
海拔在1000米至3500米左右，北川平武一带少数高山海拔在3500米以上。
涪江干流穿行于丛山峻岭之间，河谷狭窄，河道多急弯，落差较大，河道比降为6‰，河床组成以卵石为主，河床断面呈U型。
由于上游坡1本工程在设计过程中受到我院张仁忠副总工程师的指导，在此表示衷心的感谢!度较陡，常有泥沙乱石崩塌河中，成为悬移质和推移质的主要来源。
该地区森林密布，植被良好，农垦面积较小，水土流失较少。
由此可见武都水库的泥沙来源主要来自上游，沿河有少量泥沙补充。
2.2 悬移质2.2.1 基本情况介绍2.2.1.1 依据站概况武都水库坝址附近有麦地湾水文站和椒园子水文站。
有1964年至今较完整的悬移质泥沙实测资料。
由于此两站控制流域面积相差较小（约为2%），因而直接合并使用两站资料，不加流域面积改正。
2.2.1.2 泥沙资料的复核在本项工作中，着重对椒园子及麦地湾两水文站实测含沙量过程进行了逐次地分析，其统计结果表明，绝大多数年资料精度较高，可靠性较好，只有1969年测次较少，沙峰过程没有测到，还有73年和86年两年虽然测次较多，但最大一场峰没有完全控制住。
不过对整个资料的完整性无大的影响。
特别是三个典型年即65、66、75三年的泥沙测验资料可靠，沙峰完全控制住了。
2.2.2 水沙特性据统计武都水库多年平均悬移质沙量为575万吨。
多年平均含沙量为1.19kg/m3。
最大断面实测含沙量188kg/m3（1982年9月2日），年际沙量变化较大，最小年沙量为72万吨（1972年），最大年沙量为1870万吨（1981年）。
年内沙量也极不平衡，5～9月的沙量约占全年的96.7%，6～9月的平均含沙量为1.9kg/m3。
水沙特征值见表1表1 武都水库水沙特性表2.2.4 悬移质颗粒级配麦地湾水文站实测了悬移质级配，有实测资料14年（1974～1987年），根据实测资料加权平均求得多年平均值。
其中值粒径为0.064mm，平均粒径为0.0953。
级配曲线见表2。
.表2. 麦地湾水文站悬移质级配曲线表417418 2.3 推移质在进行推移质输沙量估算时，分析了（1987年所作的）原《武引工程初步设计报告》资料后认为，该报告对麦地湾的推移质输沙率，做了大量深入的工作，成果可靠。
本次引用其流量与推移质输沙率关系曲线成果，计算结果：大沙年的推移质沙量为26万吨；中沙年的推移质沙量为12.7万吨；小沙年的推移质沙量为1.63万吨。
河床质级配曲线见表3。
.表3. 麦地湾河床质级配曲线表3 水库泥沙淤积研究3.1 水库概述及主要泥沙问题武都水库正常蓄水位为658ｍ时，相应库容5.5亿ｍ3，库面面积约12.9ｋｍ2，库面平均宽度约300ｍ，平均水深25ｍ。
死水位为624ｍ，死库容1.938亿ｍ3。
其调节库容3.56亿ｍ3。
水库库区库面宽度变化不大，回水区内多在300～400ｍ之间，库容多集中在坝前，自下而上递减。
最宽断面CS14号其宽度也仅500左右ｍ。
水库回水变动区距坝址距离约在33～38ｋｍ之间。
回水变动区长度约5ｋｍ。
库区内天然河床比降为2.23‰。
河床多为卵石及卵石夹沙组成 。
滩面上经常可以看到大块石堆积。
无大支流汇入。
泥沙来源主要是上游涪江干流 。
主要泥沙问题a 、本水库多年平均悬移质沙量为575万吨，推移质沙量约13万吨。
水库库容（正常水位为658ｍ时）约5.5亿ｍ3。
其库沙比为143，从库沙比来看本水库泥沙淤积不是很突出，但由于其回水变动区附近有一大型厂矿的生活区，该生活区人口众多，位置在CS16号断面处，距坝距离为33026ｍ，正是本水库回水变动区的下游附近。
由此看来，本水库的泥沙淤积对该生活区的影响就必须作为重点来研究 。
b 、该水库开发的任务是以防洪、灌溉为主，这些方面都要求水库应长期保持较大的防洪和调节库容。
在正常水位及死水位一定的前提下，要保持长期有较大的调节库容，就必须研究水库的运行方式，包括分月的乃至分旬的运行水位。
总之是减少泥沙在有效库容内的淤积量，保持较大的调节库容，更好地发挥防洪及灌溉的作用。
c 、本水库由于坝前水深较深，如不采取有效的措施，在很短时间内泥沙淤积会影响到右岸灌溉取水口及电站取水口。
因此坝前必须要有保证其取水口门前清的排沙设施，确保取水口在有效期内不致受到泥沙淤积淤死而无法使用。
3.2 水库泥沙淤积形态估算库内泥沙淤积形态的判别，分别采用武汉水电学院针对少沙河流的水库资料得出的少沙河流淤积形态判别式及清华大学分析三十座水库实测资料后，得出的经验判别式，分别进行计算 。
计算情况如下： a 、武水公式：21)(WW H H X S ∆=当 04.0>X 时，水库淤积为三角洲淤积；当04.0<X 时，水库淤积为带状淤积。
计算结果： 04.0078.0>=X ，为三角洲淤积 。
419b 、清华公式410J W V K S -⨯=2.2>K 为三角洲淤积；2.2<K 为锥体淤积。
计算结果：2.298.5>=K ，为三角洲淤积。
由以上两经验公式计算结果表明，该水库的泥沙淤积形态为典型的三角洲淤积。
3.3 水库泥沙淤积平衡比降估算 3.3.1 悬移质淤积平衡比降估算悬移质淤积平衡比降计算即确定三角洲的顶坡比降Ｊｃ及洲面水深ｈｃ。
在此选用武汉水电大学谢鉴衡教授四方程联解公式计算。
公式为：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==1.01.0101*6.03.01012.073.073.073.073.0*4.02g S Q K h Q k g S n J mm c m m C ωζωζ 计算得出：Ｊｃ＝0.682‰ ｈｃ＝2.56ｍ3.3.2 推移质淤积平衡比降采用经验公式：17.000)(79.0-=HQJ J J 尾得：905.0=尾J ‰ 3.4 水库运行方式的研究本水库运行方式研究的主要目的是库尾某厂矿的生活区，回水对其淹没及浸没影响、水库水利调节能力以及水库回蓄等诸因素间的矛盾的分析，提出解决这些因素间矛盾的合理运行方式。
在对该生活区的淹没及浸没影响的研究工作中作了大量工作，首先对其浸没影响分析了多种正常水位方案，得出的结论是：正常水位在658ｍ以上其浸没影响严重，搬迁及处理面积很大，工程复杂，工程量及资金投入较多，经估算耗资太大，不可取。
正常水位可在658ｍ及以下考虑。
为了更详细地了解该水库的淹没影响情况，特对其7～9月份的水沙特性进行了详细的分析计算,以寻求一合理的汛期运行方案。
经分析，坝址断面7月份来沙量占全年的24.7％，8月份来沙量占全年的40.9％，9月份来沙量占全年的22.9％，从9月份分旬来看，上旬占全年的17％，中旬占全年的4.1％，下旬占全年的1.8％，由此可见9月上旬的沙量较多，应与7、8月份一起作为主要控制期，中旬亦要控制，但由于沙量略微偏小，可适当抬高5～7ｍ水位运行。
在汛期运行方式研究工作中作了大量的工作，在此仅例出推荐方案，见表4。
表4. 5～10月运行方案一览表3.5 淤积纵剖面、淤积年限及淤积体积3.5.1 淤积纵剖面河床纵剖面的淤积形态主要受坝前调度水位及上游来水来沙等因素影响，因此，根据前面讨论的水库运行方式、来水来沙条件及平衡比降计算得出：二十年泥沙淤积量（推移质及悬移质淤积量）为0.77亿ｍ3，顶坡比降（因二十年时推移质布满洲面，则顶坡比降为推移质比降）0.905‰；前坡比降为4.24‰；冲泻质坝前淤积高程约596ｍ。
其淤积纵剖面见图。
3.52 淤积体积、淤积年限及排沙比a、悬移质悬移质的淤积计算采用清华大学的排沙比法电算程序计算，计算结果见表5。
.表5. 水库淤积演进表从表5中可以看出，水库运行到20年时，库内泥沙累积淤积量为0.77亿ｍ，此时占去有效库容量为0.189亿ｍ3，有效库容损失率为4.9％，冲泻质亦几乎全淤积在坝前段。
到50年时，排沙比为0.008，说明此时的排沙效率极低，出库泥沙较少。
运行到130年时，水库冲淤基本接近平衡，这时泥沙累积淤积量为4.98亿ｍ3，占去有效库容量为3.31亿ｍ3，有效库容损失率为86％，排沙比为0.91。
b、推移质淤积量由于推移质多年平均来量为13万ｔ，即6.5万ｍ3（干容重以2ｔ/ｍ3计），其来量相对库容较小，很难出库。
