某土石壩滲流穩(wěn)定分析及安全評(píng)價(jià)*

張獻(xiàn)才 張建偉

1 工程概況

某大壩壩址控制流域面積為57.92 km2。水庫(kù)正常蓄水位為974.60 m,校核洪水位為 979.02 m,死水位 962.5 m;總庫(kù)容297.26萬(wàn)m3(原始庫(kù)容),正常蓄水位以下庫(kù)容 150萬(wàn) m3(水庫(kù)運(yùn)用30年情況),死庫(kù)容11.60萬(wàn)m3(水庫(kù)運(yùn)用30年情況),興利庫(kù)容138.43萬(wàn)m3(水庫(kù)運(yùn)用30年情況)。

2 計(jì)算斷面的選取

本次滲流計(jì)算分析,大壩典型斷面選取主河槽處最大壩高斷面,根據(jù)該大壩地質(zhì)勘察報(bào)告提供地質(zhì)參數(shù)計(jì)算,大壩斷面為透水地基上的有棱體排水的均質(zhì)土石壩,上游壩坡為 1∶2.75,下游邊坡為 1∶2.5,在上下游壩面968.20 m高程處各設(shè)置一馬道,馬道寬2 m,大壩斷面見(jiàn)圖1,計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各層材料力學(xué)參數(shù)表

3 允許滲透坡降計(jì)算

3.1 滲透坡降計(jì)算

下游排水體失效時(shí),浸潤(rùn)線將從下游壩坡逸出,并假定發(fā)生滲漏時(shí)的下游水位為0 m。

滲透坡降計(jì)算采用有限元二維滲流方法,土層滲透系數(shù)按各向同性考慮。取壩體最大斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。

滲透坡降J計(jì)算公式按照達(dá)西定律基本公式[1]:

式中:J——滲透坡降;

L——滲透途徑長(zhǎng)度;

ΔH——上下游水頭差。

3.2 發(fā)生流土的臨界滲透坡降計(jì)算

式中:Ja——臨界坡降;

γs——土體容重;

γ0— — 水容重;

n——孔隙率。

計(jì)算發(fā)生流土的臨界滲透坡降Ja=0.51,即壩體允許滲透坡降J＜0.69,壩基允許滲透坡降根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]中選取,取0.48。

3.3 滲流量及滲流水深計(jì)算

大壩滲流量及滲流水深(參考《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三卷)用下列公式計(jì)算:

有限透水地基均質(zhì)土壩:

其中,q為通過(guò)壩體及壩基的滲流量;qd為通過(guò)壩體的滲流量,按不透水地基上的均質(zhì)土壩計(jì)算;h0為大壩滲流量計(jì)算中滲流水深;m2為大壩下游坡比;m1為上游坡比;a為出逸點(diǎn)與下游水位高差;T為有限透水地基厚度;H1為上游水深;H2為下游水深;L為滲徑;k為壩體滲透系數(shù);k0為壩基滲透系數(shù)。

表2 大壩滲透坡降計(jì)算成果表

4 安全分析

4.1 滲透坡降計(jì)算成果

滲透坡降計(jì)算成果見(jiàn)表2。

由表2可以看出大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降,大壩不存在滲透變形破壞。

4.2 各種工況下浸潤(rùn)線位置

各種工況下浸潤(rùn)線位置見(jiàn)圖2。

各種工況下浸潤(rùn)線坐標(biāo)見(jiàn)表3～表5。

表3 校核洪水位情況下,浸潤(rùn)線坐標(biāo)表(以上游坡腳為坐標(biāo)原點(diǎn))

5 結(jié)語(yǔ)

表4 設(shè)計(jì)洪水位情況下,浸潤(rùn)線坐標(biāo)表(以上游坡腳為坐標(biāo)原點(diǎn))

表5 興利水位情況下,浸潤(rùn)線坐標(biāo)表(以上游坡腳為坐標(biāo)原點(diǎn))

土石壩的滲流穩(wěn)定分析一直是土石壩壩工建設(shè)與管理中所面臨的重要研究?jī)?nèi)容之一,通過(guò)對(duì)某土石壩的典型斷面進(jìn)行二元滲流分析,選取校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位、興利水位為三種計(jì)算工況,計(jì)算結(jié)果表明大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降,大壩不存在滲透變形破壞,并同時(shí)確定了該工況下的浸潤(rùn)線位置。

[1]吳持恭.水力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:水利電力出版社,1983.

[3]曹高文.淺談張峰水庫(kù)大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿[J].山西建筑,2008,34(32):363-364.