吉仁力瑪水庫(kù)大壩滲流及壩坡穩(wěn)定分析

邰春亮

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 832000）

1 概況

吉仁力瑪水庫(kù)是新疆維吾爾自治區(qū)麥蓋提縣境內(nèi)的一座引水注入式中型平原水庫(kù)，通過(guò)五零渠的五零總閘引取葉爾羌河河水存蓄于庫(kù)內(nèi)用于調(diào)節(jié)下游灌溉和人畜飲水。麥蓋提縣地處喀喇昆侖山北麓，塔克拉瑪干大沙漠西南邊緣。南鄰莎車縣，北接巴楚縣，西接岳普湖縣。

吉仁力瑪水庫(kù)始建于1959年，1960年時(shí)蓄庫(kù)庫(kù)容達(dá)1600萬(wàn)m3，1966年建成放水閘，1968年完成庫(kù)容3200萬(wàn)m3，其中有效庫(kù)容2700萬(wàn)m3。水庫(kù)在1987年、1990年、1996年曾多次進(jìn)行除險(xiǎn)加固和擴(kuò)建，1996年除險(xiǎn)加固完成后，水庫(kù)庫(kù)容為3500萬(wàn)m3，其中有效庫(kù)容3000萬(wàn)m3，死庫(kù)容500萬(wàn)m3。2003年5月，完成了對(duì)吉仁力瑪水庫(kù)大壩首次安全鑒定工作。2005年5月至當(dāng)年12月再次完成了水庫(kù)的除險(xiǎn)加固，水庫(kù)總庫(kù)容3500萬(wàn)m3，興利庫(kù)容3000萬(wàn)m3。水庫(kù)正常蓄水位1169.20 m，死水位1165.10 m。淹沒(méi)面積13.8 km2，控制灌溉面積24.32萬(wàn)畝。水庫(kù)建筑物包括土壩、放水涵洞、放水渠及配套建筑物等。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）規(guī)定，吉仁力瑪水庫(kù)工程規(guī)模為中型工程，工程等別為Ⅲ等。建筑物級(jí)別：主要建筑物為3級(jí)，次要和臨時(shí)建筑物級(jí)別為4級(jí)。

工程區(qū)地震基本烈度根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 18306-2015(1∶400萬(wàn))《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》劃分，50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度a=0.1 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

2 滲流計(jì)算

2.1 計(jì)算原理和方法

滲流安全評(píng)價(jià)原理如下：砂礫石層包括砂層、砂礫石層、礫卵石層等的滲透穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)土的類型及其顆粒級(jí)配等情況判別滲透變形形式，核定其相應(yīng)的允許滲透比降，與工程實(shí)際滲透比降相比，判斷滲流出口有無(wú)管涌或流土破壞的可能性，以及滲流場(chǎng)內(nèi)部有無(wú)管涌、接觸沖刷等[1]。

穩(wěn)定滲流計(jì)算采用北京理正《滲流分析軟件》6.0版本進(jìn)行計(jì)算，程序采用有限元分析法求解滲流方程。

式中：H為滲流場(chǎng)的水頭函數(shù)；P為水壓力；γ為水容重；Kx、Ky分別為土的滲透方向滲透系數(shù)。

2.2 計(jì)算基本資料

計(jì)算斷面選?。捍髩紊嫌?∶8土緩坡均質(zhì)壩體防滲標(biāo)準(zhǔn)剖面圖W4+000（均質(zhì)土壩）和大壩滲漏嚴(yán)重的高壩段土工膜斜墻結(jié)合壩基深層攪拌防滲樁墻防滲標(biāo)準(zhǔn)剖面圖E2+000（面板壩+防滲樁墻）。

滲透系數(shù)的選取根據(jù)實(shí)驗(yàn)和勘察成果取值于見(jiàn)表1。

表1 滲透系數(shù)表 單位：cm/s

2.3 壩基滲流計(jì)算成果表

E2+000、W4+000處滲流量、出逸點(diǎn)比降見(jiàn)表2，壩體的浸潤(rùn)線、滲流流網(wǎng)圖和比降圖見(jiàn)圖1～圖4。根據(jù)計(jì)算的單位滲透量，可估算大壩的年總滲流量，大壩的年總滲流量為15.98萬(wàn)m3（全年按100天蓄水到正常設(shè)計(jì)水位考慮）。

表2 滲流計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)計(jì)算成果來(lái)看，水庫(kù)壩基低液限粉土產(chǎn)生滲透變形的允許比降為0.46（取自地勘資料），下游壩基滲透比降為0.10~0.14，因此壩體不會(huì)發(fā)生滲透破壞。滲流計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1~圖4。

圖1 E2+000斷面流網(wǎng)圖

圖2 W4+000斷面流網(wǎng)圖

圖3 E2+000斷面各點(diǎn)比降值圖

圖4 W4+000斷面各點(diǎn)比降值圖

3 壩坡穩(wěn)定計(jì)算

3.1 計(jì)算工況選擇

壩坡穩(wěn)定計(jì)算復(fù)核主要是復(fù)核壩體的邊坡穩(wěn)定情況，計(jì)算時(shí)，選擇三種典型斷面E0+050、E0+400和E1+600作為計(jì)算斷面，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性復(fù)核。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001），按以下三種控制工況進(jìn)行壩坡抗震穩(wěn)定分析計(jì)算。求出抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，并根據(jù)抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)判斷是否具有足夠的穩(wěn)定性。

（1）穩(wěn)定滲流期（正常蓄水位1169.20 m）的上、下游壩坡——正常運(yùn)用條件；

（2）水位驟降期（由正常蓄水位1169.20 m快速降至死水位1165.10 m）的上游壩坡——非常運(yùn)用條件Ⅰ；

（3）穩(wěn)定滲流期（正常蓄水位1169.20 m）+VII度地震的上、下游壩坡——非常運(yùn)用條件Ⅱ[2]。

采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院出版的《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序》（STAB 2008）進(jìn)行計(jì)算。

3.2 計(jì)算方法

采用計(jì)算條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法，計(jì)算中，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用有效應(yīng)力法加以確定，并以對(duì)數(shù)形式的非線性強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[2]。

3.3 參數(shù)采用

計(jì)算壩坡穩(wěn)定分析選取的計(jì)算參數(shù)采用地勘資料，勘察土層試驗(yàn)成果見(jiàn)表3。

表3 壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算參數(shù)表

3.4 計(jì)算結(jié)果

壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果見(jiàn)表4，壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖見(jiàn)圖5～圖13。

表4 壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算最小安全系數(shù)

圖5 W4+000斷面下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（穩(wěn)定滲流期）

圖6 W4+000斷面下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（水位驟降）

圖7 W4+000斷面下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（Ⅶ度地震）

圖8 E2+000斷面上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（穩(wěn)定滲流期）

圖9 E2+000斷面下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（穩(wěn)定滲流期）

圖10 E2+000斷面上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（水位驟降）

圖11 E2+000斷面下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（水位驟降）

圖12 E2+000斷面上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（Ⅶ度地震）

圖13 E2+000斷面下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖（Ⅶ度地震）

水庫(kù)大壩在穩(wěn)定滲流期和穩(wěn)定滲流期+Ⅶ度地震的上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值均大于規(guī)范規(guī)定的最小安全系數(shù)，水位降落期的上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值大于規(guī)范規(guī)定的最小安全系數(shù)。結(jié)合目前實(shí)際運(yùn)行情況，大壩壩坡是穩(wěn)定的，上下游壩坡抗滑穩(wěn)定滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)按有限元數(shù)值分析法計(jì)算的各工況的壩體壩基滲透坡降均小于允許坡降；但壩體及壩基滲流量稍大，考慮目前水庫(kù)為20世紀(jì)60年代建造的“三邊工程”，經(jīng)多次除險(xiǎn)加固后，計(jì)算出滲流量與實(shí)際滲流情況相符。

2)依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》SL 258-2017，可認(rèn)為該工程的滲流性態(tài)是安全的，應(yīng)評(píng)定為B級(jí)。

3)根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，吉仁力瑪水庫(kù)大壩整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，認(rèn)為大壩結(jié)構(gòu)基本安全，其結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定為B級(jí)。

4）對(duì)于大壩下游地面滲水點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，尤其水庫(kù)高水位運(yùn)行期，建議對(duì)壩后滲水區(qū)域進(jìn)行清除覆蓋層并增加蓋重措施；水庫(kù)管理運(yùn)行單位應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)制度對(duì)壩體變形、滲流、庫(kù)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整編并存檔；管理單位應(yīng)每年組織專家對(duì)水庫(kù)的觀測(cè)成果進(jìn)行評(píng)審。