常坡水庫大壩滲流穩(wěn)定分析

張 峰

（晉城市水利水電規(guī)劃處，山西 晉城 048000）

1 概況

常坡水庫位于澤州縣大東溝鎮(zhèn)常坡村東北約500m的長河支流上，壩址以上流域長3.72 km，控制流域面積10.33 km2，是一座以防洪為主的小型水利工程。水庫于1970年動工興建，1971年竣工，樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成。經(jīng)加固，大壩最大壩高22.5 m，壩頂長276 m，壩頂高程822.5 m，防浪墻頂高程823.2 m。大壩上、下游壩坡坡比均為1:2.5。壩腳反濾體為棱體排水。根據(jù)水庫最新洪水復(fù)核計算，水庫300年一遇校核洪水位為821.49 m，30年一遇設(shè)計洪水位為820.8 m。該水庫無竣工驗(yàn)收資料，建庫時由于受歷史條件限制，資料短缺、資金不足，且未采取質(zhì)量控制措施，致使工程質(zhì)量較差，遺留問題較多，后雖經(jīng)多次維修改造，但大壩仍存在滲流方面的安全隱患，因此，需對大壩進(jìn)行滲流計算分析，為大壩下一步安全加固提供科學(xué)依據(jù)。

2 大壩滲流計算分析

2.1 簡化條件及土料參數(shù)的選取

根據(jù)鉆探成果，此次勘察在壩頂布置了4個鉆孔，對壩體土取土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)及鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)。結(jié)合地質(zhì)資料，壩體土干密度為1.64～1.76 g/cm3，平均值為1.70 g/cm3，天然含水率為14.32%～21.97%，平均值為18.7%，濕度分布不均，滲透系數(shù)2.05×10-7～1.67×10-3cm/s，平均值為 5.58×10-4cm/s，滲透性等級為中透水—微透水；天然狀態(tài)下壓縮系數(shù)av1-2為0.09～0.33 MPa-1，平均值 0.20 MPa-1，多具中等壓縮性。據(jù)剪切試驗(yàn)成果，取平均值Ccu=36.6 kPa，φcu=13.9°。

壩基為全新統(tǒng)洪沖積低液限黏土，下伏中更新統(tǒng)低液限黏土夾黏土質(zhì)砂。低液限黏土滲透性較弱，其下黏土質(zhì)砂具中等透水性，為壩基滲漏通道。為便于計算，對由多層土層組成的層狀地基，采用《滲流計算原理及應(yīng)用》中的“層狀土的平均滲透系數(shù)”計算方法，將壩基低液限黏土夾黏土質(zhì)砂視作一層作為透水地基，由于該透水層埋藏較淺，計算深度取實(shí)際深度，按有限深透水地基上的均質(zhì)土壩滲流計算方法進(jìn)行計算。

根據(jù)常坡水庫壩體土工試驗(yàn)結(jié)果及土料場試驗(yàn)成果，大壩壩體土滲透系數(shù)為5.58×10-6cm/s，壩基粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)為2.11×10-5cm/s。

2.2 滲流計算

根據(jù)水文計算，常坡水庫正常蓄水位819.20 m，設(shè)計洪水位820.80 m，校核洪水位821.49 m，壩下游無水。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，土壩滲流計算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件。實(shí)際計算工況是：上游正常蓄水位與下游無水；上游設(shè)計洪水位與下游無水；上游校核洪水位與下游無水；庫水位從校核洪水位降至正常蓄水位。

透水地基上的均質(zhì)土壩由于地基透水的影響，壩體浸潤線降低。如按不透水地基的浸潤線計算偏于安全。計算浸潤線時，近似考慮地基透水影響。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行透水地基均質(zhì)土壩滲流計算。

大壩滲流和浸潤線計算成果分別見表1、表2。根據(jù)計算結(jié)果可知，除險加固后，大壩在正常蓄水位、30年設(shè)計洪水位、300年校核洪水位以及校核洪水位降落至正常蓄水位下壩內(nèi)的浸潤線較低，沒有從下游壩坡出逸，整體安全性較好。

表1 滲流計算成果

表2 大壩浸潤線計算成果

3 結(jié)語

按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》進(jìn)行滲透變形形式的判別可知，滲透變形形式與建筑物的地質(zhì)條件、土的性質(zhì)、顆粒組成情況、滲流出口的保護(hù)程度以及水力條件等因素有關(guān)，通常歸納為管涌、流土、接觸流土和接觸沖刷四種。前兩種形式是對單一土層而言，后兩種形式發(fā)生在多層土的情況下。因此在各種水位下，壩體均不會發(fā)生滲透破壞，重建排水棱體后，有效降低了地基滲透壓力，壩體各部分土體滲透坡降明顯減小，對下游壩腳起到了保護(hù)作用。