淺談磨刀坑水庫(kù)大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算分析

潘金玲

(江門(mén)市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，廣東 江門(mén) 529000)

1 概 述

根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，水庫(kù)大壩每隔幾年都需要組織專(zhuān)門(mén)的安全鑒定。因此，每隔幾年，各地就會(huì)有一大批水庫(kù)需要進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的工作，安全評(píng)價(jià)中被評(píng)為二類(lèi)或三類(lèi)壩的水庫(kù)都需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固，無(wú)論是水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)還是除險(xiǎn)加固項(xiàng)目都需要進(jìn)行水庫(kù)大壩的滲流穩(wěn)定計(jì)算，面對(duì)大量的計(jì)算工作，如何快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算，是文章的重要內(nèi)容[1]。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

磨刀坑水庫(kù)位于恩平市橫陂鎮(zhèn)南華村委會(huì)管轄區(qū)內(nèi)，水庫(kù)集雨面積為3.13km2，水庫(kù)的總庫(kù)容為311萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用的小(1)型水庫(kù)。經(jīng)計(jì)算復(fù)核，水庫(kù)正常蓄水位41.50m(珠基，以下同)，相應(yīng)庫(kù)容278.50萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位41.71m(P=3.33%)，相應(yīng)庫(kù)容288萬(wàn)m3；校核洪水位42.25m(P=0.33%)，相應(yīng)庫(kù)容311萬(wàn)m3；死水位31.76m，相應(yīng)庫(kù)容31.55萬(wàn)m3。磨刀坑水庫(kù)主要水工建筑物有均質(zhì)土壩五座，溢洪道一座，輸水涵管一座。由于該水庫(kù)大壩數(shù)量較多，因此，文章只選取主壩進(jìn)行分析計(jì)算。

2.2 工程地質(zhì)

主壩壩體土和壩基巖土的空間分布和物理力學(xué)特性簡(jiǎn)述如下：

填筑土：棕褐色、黃褐色，主要回填泥質(zhì)粉砂巖殘積土，填土多呈硬塑狀態(tài)，壓縮性中等，但土質(zhì)較松散，密度較低，遇水易崩解，滲透系數(shù)k=1.33×10-4cm/s，屬中等透水性。

殘積土：主要由泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積形成，干強(qiáng)度中等，韌性低，滲透系數(shù)k=9.40×10-4cm/s，屬中等透水性。

全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：棕褐色、黃褐色，巖芯呈土狀，巖石組織結(jié)構(gòu)已完全破壞，手捏易碎，滲透系數(shù)k=4.10×10-5cm/s，屬弱透水性。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：灰黑色、棕褐色，組織結(jié)構(gòu)大多已破壞，錘擊聲啞，用鎬可挖掘。

2.3 滲流計(jì)算

1)斷面的選取：本次選取最危險(xiǎn)的斷面，即大壩最大壩高斷面進(jìn)行計(jì)算分析。

2)計(jì)算參數(shù)：具體計(jì)算參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 滲透系數(shù)參數(shù)表

3)計(jì)算工況：根據(jù)土石壩相關(guān)規(guī)范，滲流計(jì)算工況包括：正常蓄水位工況、設(shè)計(jì)洪水位工況、校核洪水位工況、校核洪水位降至正常蓄水位工況、正常蓄水位降至死水位工況。

經(jīng)計(jì)算，校核洪水位降至正常蓄水位歷時(shí)3 h，而正常蓄水位降至死水位歷時(shí)214.37h。

4)計(jì)算方法：土壩滲流穩(wěn)定分析推薦采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研發(fā)的“水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng) AutoBANK7.7”軟件，這個(gè)軟件經(jīng)過(guò)升級(jí)后，具有如下優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，只需要在“AutoCAD”繪圖軟件中建好模，導(dǎo)入“ AutoBANK7.7”軟件中定義好土層 、水位就可以進(jìn)行計(jì)算；②一次可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)工況計(jì)算；③可同時(shí)進(jìn)行滲流及壩坡穩(wěn)定計(jì)算；④生成的計(jì)算書(shū)里面有報(bào)告所需要的各種附圖，報(bào)告編制人員只需要從計(jì)算書(shū)里把所需的附圖復(fù)制到報(bào)告中即可，可大大提高工作效率。

計(jì)算采用單元格劃分見(jiàn)圖1。

圖1 主壩滲流有限元計(jì)算模型圖

5)計(jì)算結(jié)果：主壩各工況計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 主壩滲流計(jì)算成果表

6)滲流安全評(píng)價(jià)：從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，壩體浸潤(rùn)線(xiàn)正常，且滲透比降均小于允許水力比降，磨刀坑水庫(kù)主壩的滲流性態(tài)滿(mǎn)足規(guī)范要求，滲流安全評(píng)價(jià)為A級(jí)。

2.4 壩坡穩(wěn)定計(jì)算分析

1)物理力學(xué)指標(biāo)的取值：主壩各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)采用同一土層內(nèi)土樣試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的建議值，穩(wěn)定滲流期土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用慢剪指標(biāo)，非穩(wěn)定滲流期采用固結(jié)快剪指標(biāo)。土層物理力學(xué)參數(shù)表見(jiàn)表3。

表3 土層物理力學(xué)參數(shù)表

2)計(jì)算方法：根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)，壩體抗滑穩(wěn)定復(fù)核采用簡(jiǎn)化畢肖普法。

3)壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況：根據(jù)土石壩相關(guān)規(guī)范，壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況包括：正常蓄水位穩(wěn)定滲流下的上下游壩坡；設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流下的上下游壩坡；1/3壩高水位穩(wěn)定滲流下的上游壩坡；設(shè)計(jì)洪水位降至正常蓄水位非穩(wěn)定滲流的上游坡；正常蓄水位降至死水位非穩(wěn)定滲流的上游坡；校核洪水位穩(wěn)定滲流下的下游壩坡；校核洪水位降至正常蓄水位非穩(wěn)定滲流的上游坡。

4)計(jì)算結(jié)果：壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)成果表見(jiàn)表4。

表4 壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

由以上計(jì)算結(jié)果看出，現(xiàn)狀主壩在各種工況下，大壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿(mǎn)足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，磨刀坑水庫(kù)結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為A級(jí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算分析是水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，通過(guò)滲流穩(wěn)定計(jì)算分析可清楚地知道水庫(kù)大壩的安全狀態(tài)，為以后的除險(xiǎn)加固提供科學(xué)的依據(jù)，作為一名水利設(shè)計(jì)人員，在做水庫(kù)安全評(píng)價(jià)項(xiàng)目的時(shí)候，需要對(duì)水庫(kù)各主要建筑物進(jìn)行細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)檢查，搜集充足的資料，并結(jié)合地勘、測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)、計(jì)算分析等對(duì)水庫(kù)各建筑物做出全面、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，提出合理的建議，而一般來(lái)說(shuō)，水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)項(xiàng)目時(shí)間都是比較緊張的，面對(duì)大量的計(jì)算工作，采用合理的計(jì)算輔助軟件是尤為重要的。