清河水庫大壩滲流及滲透穩(wěn)定復核分析

姜鳳海

（遼寧省清河水庫管理局，遼寧鐵嶺 112003）

1 工程概況

水庫大壩為復式斷面碾壓式粘土斜墻砂殼壩，迎水面為塊石護坡，背水面為碎石護坡。最大壩高39.6 m，壩長 1 622 m，壩頂寬 6 m，壩底寬 233 m，防浪墻高1.15 m，為漿砌塊石，上游面噴混凝土防滲處理。粘土斜墻頂高程為136.30 m，斜墻頂寬3.5 m，濾水壩頂高程為 103 m，頂寬 3 m。

從大壩的監(jiān)測資料分析看，大壩滲流狀態(tài)安全，不存在滲漏隱患，但大壩沒有高水位運行經(jīng)驗，無法對未來高水位的滲漏情況進行預估，因此有必要進行相應的理論計算分析，進一步判定大壩滲流和滲透穩(wěn)定情況。

2 計算條件及參數(shù)選取

（1）計算指標選取

本次復核計算對《清河水庫工程安全評價檢測報告》中提供的大壩粘土和砂礫料物理力學特性和1988年抗震計算選取的計算指標進行對比，可以看出主壩壩體筑壩土料符合SL274-2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》對筑壩土料的要求。經(jīng)比較，綜合選取滲流計算指標見表1，斜墻粘土滲透穩(wěn)定計算指標見表2，壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計算指標見表3。

（2）滲流計算邊界及計算工況

河床部分壩體斜墻在高程85.00 m由截流齒槽與壩基相連，壩基主要為綠泥石片巖，壩基巖石為新鮮基巖，對吸水率大于0.50 cm／s的基巖進行帷幕灌漿處理。因此，滲流計算邊界可認為齒墻深入不透水地基的斜墻碾壓土石壩。

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表1 大壩滲流計算指標Table 1 :Indexes of dam seepage calculation

表2 大壩斜墻粘土計算指標Table 2 :Calculation indexes for the sloping wall clay

表3 大壩壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計算指標Table 3 :Indexes in seepage stability calculation of sand-gravel material of dam body

本次滲流安全復核采用以下工況和水位：正常蓄水位 131.00 m；95·7 洪水位為 134.93 m； 復核后設計水位為 135.42 m（p=0.2%）；復核后校核水位為137.22 m（p=0.02%）。滲流穩(wěn)定計算斷面圖見圖 1。

圖1 清河水庫攔河壩穩(wěn)定計算斷面圖Fig.1 Cross section in the stability calculation of Qinghe water retaining dam

3 滲流及滲透穩(wěn)定復核

（1）滲流計算

大壩運行多年，土體已經(jīng)完全固結(jié)，因此可采用不可壓縮滲流方程，認為滲透系數(shù)各向同性。通過粘土斜墻土石壩的滲流穩(wěn)定，程序采用以下公式進行計算：

式中：q為單位場地壩體的滲流量；hT為斜墻后的滲流水深；h0為下游壩坡處的滲流水深；δ1為斜墻在計算水位處的厚度，m；δ2為石斜墻底部的最大厚度，m。

k1和k分別為斜墻及墻后壩體的滲透系數(shù)；α和β為斜墻上、下游邊坡與基礎底面的夾角；m1和m'1為斜墻上、下游邊坡；m2為下游壩坡邊坡；H1和H2為上下游水深。

滲流計算成果見表4。

大壩設計粘土滲透系數(shù)為 2.35×10-7m／s，砂礫料滲透系數(shù)為3.50×10-2m／s， 大壩最大滲流量為0.013 m3／d·m，下游最大逸出高度 0.008 5 m。

對比復核結(jié)果可以看出，實際粘土滲透系數(shù)較設計小，因此滲流量比設計小，逸出高度比設計低。復核計算逸出點較實測壓力值低的原因是計算下游水深取與排水溝平齊，而實際地下水位在地面以下 0.50～2.00 m。

（2）滲透穩(wěn)定計算

滲透變形形式判別采用GB50287-99《水利水電工程地質(zhì)勘察與技術規(guī)范》附錄M中的方法。

粗粒和細粒區(qū)分界限粒徑：df=

表4 滲流計算成果表Table 4 :Results of seepage calculation

式中：d70、d10為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為70%和10%時所對應的粒徑，mm；n為土的孔隙率，由大壩壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計算指標確定砂礫料細粒含量：Pc=38。結(jié)論：因為Pc＞P，所以壩體砂礫料發(fā)生滲透變形類型為流土。

流土臨界水力坡降：Jcr=（Gs-1）（1-n）

式中：Jcr為土的臨界水力比降；

Gs為土的顆粒密度與水的密度之比；

K為安全系數(shù)，根據(jù)工程重要性選為2.0。

滲透穩(wěn)定計算成果見表5。

壩體浸潤線較低，因此實際滲透比降非常小，與復核計算接近，故設計浸潤線與復核浸潤線一致，復核浸潤線為設計浸潤線，設計浸潤線圖見圖2。

斜墻上游部分的砂殼透水性很大，故可認為其浸潤線與上游水位相平。

斜墻下游之南壩體內(nèi)浸潤線，根據(jù)計算hb=0.008 5 m，其值接近于零，無實際意義，故認為下游壩體之浸潤線與尾水位相平。

斜墻內(nèi)部流線分布情形按繪制流網(wǎng)的方法確定，因為壩身、壩基砂礫的滲透系數(shù)與粘土心墻滲透系數(shù)相差很大，故認為滲透水流在砂礫中無水頭損失，斜墻上游坡為一條H=38.3的等能線，尾水位以下部分的斜墻下游坡為H=0的等能線，巖基及截水墻為不透水。

（3）滲流計算和滲透穩(wěn)定計算成果分析

從大壩滲流計算和滲透穩(wěn)定計算成果可以看出，大壩滲流量極小，各工況浸潤線較低，壩體和斜墻滲透比降均大于允許比降，其他可能發(fā)生滲透變形部位均已設置了有效的工程措施，因此，滲透穩(wěn)定安全可靠。根據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評價導則》規(guī)定，大壩防滲安全等級應為A級。

表5 滲透穩(wěn)定計算成果表Table 5 :Results of seepage stability calculation

圖2 清河水庫攔河壩設計浸潤線圖Fig.2 Designed saturation line of Qinghe water retaining dam

4 結(jié) 語

通過對大壩主體滲透穩(wěn)定進行計算分析，可以判定清河水庫壩體運行正常，安全可靠。經(jīng)過50年安全運行，壩體變形已經(jīng)平穩(wěn)，通過壩體定期檢查監(jiān)測，沒有發(fā)現(xiàn)異常。布設在粘土斜墻下游的測壓管觀測資料表明，壩體10年前已基本完成大部分沉降，最大達85.00%，后5年沉降趨于平穩(wěn)，最大沉降僅為9.00%，沉降值在0～8 mm，足以證明上述穩(wěn)定復核分析是符合實際運行情況的。

[1]SL274-2001，碾壓式土石壩設計規(guī)范[S].中國水利水電出版社.

[2]SL258-2000，水庫大壩安全評價導則[S].中國水利水電出版社.

[3]GB50287-99，水利水電工程地質(zhì)勘察與技術規(guī)范[S].中國水利水電出版社.