對水庫壩基滲流穩(wěn)定分析及控制

張之成，蘇長剛

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江157000)

對水庫壩基滲流穩(wěn)定分析及控制

張之成，蘇長剛

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江157000)

根據(jù)勘探和現(xiàn)場試驗，某水庫壩基滲漏的原因是建庫時沒有消險或沒有進行處理的基巖表部全風(fēng)化帶上部松散土層，滲透變形類型判別為管涌。依此對水庫土壩壩基進行滲流分析及穩(wěn)定計算。

滲漏量;滲透變形;臨界水力比降;允許比降;穩(wěn)定計算

1 壩基滲漏量計算

壩基滲漏量計算分4個方面進行介紹:

1.1 工程運行狀況

根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查測繪，勘測期間沒有發(fā)現(xiàn)集中滲漏點，滲漏水流不明顯，壩前近壩趾處地面多為陰濕或為濕地，濕地主要分布于大壩前右部，地面陰濕和濕地系由壩基滲漏所致。

根據(jù)勘探和現(xiàn)場試驗，壩基滲漏的層位是建庫時沒有清除或沒有進行處理的基巖表部全風(fēng)化帶上部松散土層。

1.2 滲漏量計算公式

計算公式為:

式中:K為滲透系數(shù)，m/d;B為滲漏段長度，m;M為滲透層平均厚度，m;H為上下游水頭差，m;2b為防滲體寬度，m。

1.3 參數(shù)的選定

1)K:取第四系松散覆蓋層和全風(fēng)化、強風(fēng)化帶加權(quán)平均值:

2)H:H=98.40(興利水位)-93.5(地下水位)=4.9 m。

3)M:M=2.1+3.5=5.6m。

4)2b:取2b=48 m(取自設(shè)計部門壩體剖面圖)。

5)B:B=210 m。

1.4 計算結(jié)果

壩基總滲漏量Q=10 143 m3/a。占河流年平均徑流量(17 76.2萬m3)的 0.06%，占興利庫容(56.35萬m3)的1.8%。

2 滲透變形類型的判別

鉆探中，取壩基粗粒土——含細粒土礫的擾動樣一個，進行土工試驗分析，顆粒分析成果見圖1。

圖1 壩基粗粒土顆粒分析成果圖

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287—99)，滲透變形類型的判別見表1。

表2 壩基粗粒土滲透變形類型分析表

類比分析，取孔隙率n=0.38。所以有:

滲透變形類型為管涌。

3 臨界水力比降計算

采用計算公式:

式中:Jcr為土的臨界水力比降;d5為占總土重5%的土粒粒徑，mm，查圖為0.028;d20為占總土重20%的土粒粒徑，mm，查圖為0.08;Gs為土的顆粒密度與水的密度之比，取試驗平均值2.68;n為土的孔隙率，取砂類土的平均值0.38。

計算結(jié)果Jcr=0.49。

4 允許比降的確定

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287—99)，本次取安全系數(shù)2.0，并參考“無黏性土允許水力比降經(jīng)驗值表M”，建議允許水力比降J允許=0.24。

5 壩基滲漏穩(wěn)定計算

本次對壩體做滲流穩(wěn)定分析時，為偏于安全考慮，將壩基假定為不透水壩基。對壩基做滲流穩(wěn)定分析時，為偏于安全考慮，將壩基按透水壩基計算，且透水層厚度按地質(zhì)提供的M=2.65 m。

計算公式采用《土壩設(shè)計》上冊(水利電力出版社)。下游壩基逸出坡降計算公式:

式中:J為下游壩基逸出點滲透坡降;H為壩上游水深，m;h0為壩下游水深，m;L為上游水面與壩坡交點至下游壩腳水平長度，m;m1為上游壩坡度系數(shù)，m=ctgθ;T為壩基下有效透水深度，m;e為自然對數(shù)，e≈2.71828;x為計算點距下游壩腳的距離，m。本次設(shè)計取x=0.20 m。

本次設(shè)計對壩基的滲透穩(wěn)定計算分別按3種情況進行分析計算，分別為:

1)正常蓄水位情況，上游水位為98.40 m;

2)設(shè)計洪水位情況，上游水位為98.66 m;

3)校核洪水位情況，上游水位為100.65 m。

計算結(jié)果見表2所示。

表2 壩基滲透坡降計算成果表

從表2計算結(jié)果分析可知，壩下游計算點處的滲透坡降可滿足滲透穩(wěn)定要求。

6 結(jié)語

對水庫壩基滲流穩(wěn)定分析過程中，要充分具備水庫庫區(qū)地質(zhì)情況，壩基地質(zhì)柱狀圖，水庫不同設(shè)計水位及不同設(shè)計水位運行情況的壩體浸潤線，同時需要具備壩體、壩基巖土物理性指標(biāo)。

對水庫壩基滲透坡降大于允許滲透坡降時，需對水庫壩基采取工程防治措施。工程措施:①上游壩腳前做黏土防治鋪蓋，長度與厚度要滿足設(shè)計要求;②對壩基采取帷幕灌漿，通過混凝土防滲帷幕來減少或阻斷壩基滲流。

［1］水利電力部第五工程局.土壩設(shè)計:上冊［S］.北京:水利電力出版社，1978:198.

［2］牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院.黑龍江省林口縣東風(fēng)水庫除險加固工程初步設(shè)計報告書［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院，2011.

TV223.6

B

1007-7596(2012)02-0140-02

2011-08-25

張之成(1968-)，男，工程師;蘇長剛(1981-)，男，工程師。