利用觀測資料進行大壩滲流安全分析

張曉元 李長城

（水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢大學，湖北 武漢 430072）

一、前 言

油羅口水庫位于中國江西省大余縣。水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物構(gòu)成，分布在長約800m的山梁地帶。水庫集水面積557km2，總庫容1.19×108m3，校核洪水位225.01m，設(shè)計洪水位223.32m，正常蓄水位220.00m，死水位209.00m。

大壩為粘土心墻壩，壩頂高程226.00m，最大壩高36.26m，壩頂長177.0m。

由于大壩在運行過程中存在較為嚴重的壩身、壩基和兩岸壩肩漏水問題，直接影響到大壩的安全，因此，有必要對大壩的滲流狀況進行分析。

大壩滲流安全評價方法主要有現(xiàn)場檢查法、數(shù)值計算分析法及監(jiān)測資料分析法。大壩滲流監(jiān)測資料較為全面地反映了大壩滲流性態(tài)的發(fā)展過程，通過對大壩監(jiān)測資料進行深入細致的分析，一般可以較全面可靠地揭示大壩的滲流狀態(tài)。所以，監(jiān)測資料分析法是進行大壩滲流安全分析的首選方法。而該水庫具有長期的滲流監(jiān)測資料，因此，決定利用其觀測資料進行滲流安全分析。

二、滲流監(jiān)測資料分析

1. 滲流安全監(jiān)測布置合理性分析

水庫大壩安全并不是簡單的指大壩的安全，而是指整個水庫樞紐的安全。為了能夠全面地分析水庫樞紐的滲流安全，首先必須檢查其安全監(jiān)測布置是否全面合理。

油羅口水庫樞紐平面布置圖如圖1，滲流監(jiān)測包括主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞、岸坡及主壩與副壩之間山梁的浸潤測壓管水位資料。

主壩測壓管共27根：壩身12根，布設(shè)3個橫斷面、4個縱斷面；左壩肩布設(shè)2排，接近壩體的1排4根，外側(cè)的1排3根；右壩肩布設(shè)2排，每排4根（如圖2）。副壩測壓管11根：最大壩高斷面3根；左岸斷面布置3根，右岸山坡布置3根；左、右壩肩各1根。輸水隧洞測壓管6根，位于隧洞的左右側(cè)山梁中。溢洪道測壓管6根，位于溢洪道兩側(cè)的山坡中。主壩與副壩間的薄弱山梁處的測壓管共計4根。

測壓管的布置情況顯示：主壩、副壩的測壓管既能很好的了解壩各橫斷面的浸潤線變化情況、各縱斷面的浸潤線位置，又能了解壩左、右壩肩的繞滲情況；輸水隧洞測壓管能很好的了解隧洞所通過山體的水位情況；溢洪道測壓管能很好的了解溢洪道邊墻外水壓力情況；主壩與副壩間的薄弱山梁處的測壓管能很好地了解該山梁橫斷面上的水位情況。因此，該水庫樞紐工程的滲流觀測設(shè)施布置是合理的，能有效地監(jiān)測工程的滲流安全狀況。

2. 滲流觀測設(shè)施可靠性分析

對滲流觀測設(shè)施的可靠性分析首先是對各測點的基準進行校正，檢查其是否正確，通過現(xiàn)場檢測水庫各測點的基準點讀數(shù)正確，然后則對其實測水位過程進行分析，檢查其在一般正常情況下，水位變化是否符合一般規(guī)律，測壓管是否失效。通過對該水庫各測壓管實測水位過程進行分析可知，其現(xiàn)有觀測資料除個別測點外，水位變化符合一般變化規(guī)律，大部分觀測設(shè)施是可靠的。

3.資料的選取

在進行資料分析時，首先對原始數(shù)據(jù)進行了篩選，對存在明顯錯誤的數(shù)據(jù)進行了剔除，剔除數(shù)據(jù)的原則如下：

（1）受降雨影響，使得浸潤測壓管水位明顯偏高的資料不予選用；

（2）在同一時期內(nèi)，庫水位沒有明顯的升降，而浸潤測壓管水位偶爾出現(xiàn)突升或突降，這一般是量測、記錄錯誤，這種資料不用。

4.資料的整理與分析

在對所測數(shù)據(jù)進行整理分析時，應(yīng)對每個測壓管水位及庫水位和下游河道水位繪制過程線。為了清晰地顯示出各橫斷面上測壓管水位從上游至下游的變化趨勢，應(yīng)將每個橫斷面上的測壓管水位與相應(yīng)的上下游水位繪制于同一幅圖上。本文僅給出兩個代表性斷面圖并進行分析。圖3和圖4分別為主壩最大壩高斷面和左岸山坡斷面測壓管水位過程圖。

在對所測數(shù)據(jù)進行整理分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)通過相關(guān)分析，找出各測壓管水位與上游水位之間的關(guān)系，作出相關(guān)分析圖，將每個橫斷面上的測壓管水位與上游水位之間的相關(guān)關(guān)系繪制于同一幅圖上。圖5和圖6分別為主壩最大壩高斷面和左岸山坡斷面測壓管水位與水庫水位關(guān)系圖。

（1）主壩最大壩高斷面滲流安全分析

圖3顯示該斷面上的測壓管水位從上游至下游呈現(xiàn)下降的趨勢，上游壩坡測壓管C5的水位幾乎與水庫水位同步上升及下降，下游壩坡測壓管C6的水位比測壓管C5的水位下降很多，測壓管C6、C7、C8的水位依次呈現(xiàn)較平緩的下降趨勢，下游壩坡上的幾個測壓管的水位相對于上游水位變化來說，顯得比較穩(wěn)定。

圖5顯示上游壩坡測壓管C5的水位與水庫水位呈明顯的線性相關(guān)關(guān)系，該測壓管水位隨庫水位直線上升的斜率為0.90，二者的相關(guān)系數(shù)達0.95；下游壩坡上幾個測壓管的水位隨水庫水位較為緩慢，測壓管水位與庫水位的相關(guān)系數(shù)亦很小。

選擇庫水位接近水庫正常蓄水位220m的幾年測壓管水位點繪于該斷面圖上（圖7），圖示測壓管水位顯示出上、下游壩殼的滲透性較強，心墻的防滲性能較好，浸潤線通過心墻下降很快，心墻以后的測壓管水位均較低，測壓管C6、C7間的滲透坡降小于0.25，C7、C8的間的滲透坡降小于0.1。

根據(jù)C8測壓管水位與水庫水位的相關(guān)關(guān)系計算可得：在水庫水位為校核洪水位時，該測壓管的水位為197.26m，遠低于排水棱體頂部高程，該斷面一般不會因為滲流影響到大壩的安全。

根據(jù)以上監(jiān)測資料分析，主壩最大壩高斷面滲流穩(wěn)定，無異常滲流。在此基礎(chǔ)上，再對該斷面的現(xiàn)場觀測資料及施工情況進行了解分析，各方面都顯示該斷面滲流穩(wěn)定。因此可認為該斷面滲流安全。

（2）左岸山坡斷面滲流安全分析

圖4顯示出C16、C17測壓管的水位幾乎與水庫水位同步升降，且數(shù)值與庫水位非常接近，C18、C18'測壓管的水位較C16、C17測壓管的水位有一定下降。

圖6顯示測壓管C16、C17的水位與水庫水位呈明顯的線性相關(guān)關(guān)系，測壓管C16的水位隨庫水位直線上升的斜率達0.95，二者的相關(guān)系數(shù)達0.94，測壓管C17的水位隨庫水位直線上升的斜率為0.76，二者的相關(guān)系數(shù)為0.91，兩條相關(guān)線很接近；C18、C18'測壓管的水位與水庫水位亦呈線性相關(guān)關(guān)系，但其隨庫水位線性上升的斜率相對較小，測壓管水位與庫水位的相關(guān)系數(shù)較小。

根據(jù)以上分析，認為大壩左岸山坡測壓管水位較高，山體特別是迎水面部分的透水性較強，存在繞壩肩滲流的安全隱患。針對監(jiān)測資料分析發(fā)現(xiàn)的問題，必須對該斷面的施工情況及現(xiàn)場觀測資料進行深入細致的了解，施工記錄此處在大壩合垅時曾進行3次定向爆破，破壞了此處巖石的整體結(jié)構(gòu)，地質(zhì)勘察亦表明左壩肩清基差，在高程197.78 ～ 214.97 m，為中風化細砂巖，裂隙較發(fā)育，巖石較破碎，為較強透水層，存在壩肩繞壩滲漏問題。因此可認為該斷面存在滲流安全隱患。

（3）油羅口水庫滲流安全評價

在對水庫滲流安全進行分析時，必須對每根測壓管監(jiān)測資料及每個橫斷面進行分析，并結(jié)合對施工情況及現(xiàn)場觀測資料的了解，最終才能得出整個水庫樞紐的安全性能。

通過對油羅口水庫滲流監(jiān)測資料的分析及對施工情況和現(xiàn)場觀測資料的了解，最終基本掌握了該水庫的整個滲流狀況：主壩壩體滲流穩(wěn)定，壩肩存在繞壩滲漏問題，壩基存在淺層巖體滲漏問題；副壩壩體局部存在滲漏問題，壩肩存在繞壩滲漏問題，壩基存在淺層滲漏問題；大壩與副壩間較為單薄的山梁測壓管水位偏高，存在滲流安全隱患。

三、結(jié) 語

利用油羅口水庫大壩監(jiān)測資料對該水庫大壩的滲流安全進行了分析，并結(jié)合對樞紐工程施工情況及現(xiàn)場觀測資料的了解，找出了油羅口水庫存在的滲流安全隱患。

文中較為全面地介紹了利用監(jiān)測資料分析水庫大壩滲流安全的具體步驟，包括對水庫滲流安全監(jiān)測布置的合理性分析、對滲流觀測設(shè)施的可靠性分析、對原始數(shù)據(jù)的篩選，并結(jié)合對兩個橫斷面的具體分析給出了怎樣進行橫斷面滲流安全分析的方法步驟，為其它水庫大壩的滲流安全分析提供了一個可供借鑒的工程實例。

[1] 牛運光. 土壩安全與加固[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 1998.

[2] 中華人民共和國行業(yè)標準. 水庫大壩安全評價導則. 北京: 中華人民共和國水利部, 2000.