[发明专利]漫顶溃决流量调控型黏土心墙坝设计方法

说明书

本发明公开漫顶溃决流量调控型黏土心墙坝设计方法。针对现有技术对黏土心墙坝设计仅解决渗透量与渗透稳定性问题的缺陷，本发明提供一种解决黏土心墙坝瞬时坍塌与漫顶溃决问题的技术方案。本方法通过在传统坝壳内增设格宾石笼骨架，改变拦挡坝心墙与坝壳在多个位置的受力，调节自身变形过程中的剪应力分布与大小，提高抗水流侵蚀能力，同时利用骨架及所附着土石重量增加拦挡坝自重，综合性地延缓心墙暴露时间，延长心墙顶部被侵蚀时间，避免心墙发生大规模倾倒或剪切破坏，从而实现调控漫顶溃决状态下洪峰流量目的。设计方法提供格宾石笼骨架可拆分的3部分结构的关键参数。3部分结构分别是重力式挡墙结构、平板支护结构、平行链铺层结构。

技术领域

本发明涉及一种黏土心墙坝设计方法，特别是涉及一种通过优化设计黏土心墙坝结构而实现削减坝漫顶溃决洪峰流量的方法，属于水利工程、地质灾害防治技术领域。

背景技术

黏土心墙坝作为一种常见的土石坝类型，除具有土石坝的优势外，还具有工程量较小、基础防渗长度短等优势，在水利工程中应用广泛。在地质灾害防治工程领域，黏土心墙坝除建设数量增长迅速外，建设规模(如坝高)也不断突破。大量黏土心墙坝建设使用案例显示，黏土心墙坝在建成投入运营后最大的风险在于漫顶导致的溃坝。尤其在极端强降雨天气、强风场、库岸滑坡及上游溃决洪水等情形下，黏土心墙坝发生漫顶溢流溃决的概率迅速增加。在上述情形下，一方面，强降雨及上游溃坝洪水带来的罕见洪水可能超过大坝作为水利枢纽的最大泄洪能力，进而导致水位持续抬升直至漫顶溃决；另一方面，强风场、高烈度地震、库岸滑坡(包括地震作用引起的)容易激起大规模的库区涌浪，演进到坝前翻越坝顶后容易造成坝体背水面的掏刷破坏，进而造成坝体漫顶溃决。

任何溃坝事件首当其冲的直接灾害性后果即是溃决洪水迅速进入洪峰状态，对下游产生洪涝灾害威胁或是直接引发下游洪涝灾害。对于普通土石坝，应对这一威胁的防治措施主要是溃坝之前在科学指导下紧急部署实施人工开挖泄流槽。通过人工干预调控泄流水量，控制削减泄流过程初期的排泄流量，从而实现一定程度上的先期排险。然而，对于黏土心墙坝，泄流槽工程措施由于三方面原因通常难以奏效：第一，黏土心墙坝发生漫顶溃决前，库容往往接近满库状态，激发溃决的因素多样且变化迅速，难以在应急状态下完成开挖初始泄流槽、抛填人工结构体、人工爆破开槽、布设钢管桩等一系列关键技术的临时布置。第二，研究者在对黏土心墙坝的漫顶溃决机理、溃口发展过程、溃口洪水流量过程、洪水演进过程等研究中发现，黏土心墙坝溃决过程的最大特征在于心墙的瞬间倾倒破坏或剪切破坏在短时间内放大溃决流量。也即是说，相对于一般土石坝，黏土心墙坝的溃决过程更突出地集中于心墙破坏的瞬间时段。在险情多变的情况下，难以准确估计该瞬间时段何时出现。一旦估计失误，会使救灾部署陷入被动，造成更严重后果。第三，黏土心墙坝整体稳定的核心是心墙的稳定，泄流槽工程可能引发心墙墙顶直接暴露于洪水冲击，增加整个大坝的不安全水平。

针对黏土心墙坝的安全性问题，现有技术还集中于保证渗透量与渗透稳定性处于可控和安全状态的技术构思(如CN 111705752A、CN106013263A)，尚未涉及过从坝体构筑整体工程着手解决黏土心墙坝瞬时坍塌与漫顶溃决技术问题的构思。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种从坝体结构与构筑的整体改进出发，通过加增结构改变传统黏土心墙坝受力，规避心墙“瞬时破坏”特征，解决黏土心墙坝瞬时坍塌与漫顶溃决问题，最终达到调控溃决洪峰流量的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种漫顶溃决流量调控型黏土心墙坝设计方法，其特征在于：

现场调查获取工程基本数据；

在下游坝壳内构筑格宾石笼骨架，所述格宾石笼骨架包括重力式挡墙结构，所述重力式挡墙结构墙背紧贴心墙反滤层、重力式挡墙结构的墙面朝向坝坡、墙踵紧贴反滤层基部、轴向与心墙轴线同向且沿心墙轴向延伸，重力式挡墙结构高度H1≤心墙高度h、坡比K1≥1:0.6；