下株梧水庫大壩滲流計算與分析

張民，江寧寧，劉世學(xué)

（1.安丘市下株梧水庫管理局，山東安丘262125；2.山東省南水北調(diào)工程干線公司，山東濟南250013）

1 工程概況

下株梧水庫位于山東省安丘市西南部濰河水系渠河支流岔河中游，是一座具有防洪、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫，總庫容1620萬m3，興利庫容942萬m3，控制流域面積32 km2。水庫于1958年10月開工，1959年12月建成主體工程。大壩為均質(zhì)壩，壩頂長530 m，壩頂高程119.70 m，壩頂寬5.0 m，最大壩高20.87 m，防浪墻頂高程120.70 m。

2 滲流計算工況及結(jié)果

目前，大壩壩體測壓管共12支，在樁號0+250、0+350、0+450三個斷面各設(shè)置4支壩體測壓管，觀測壩體滲透壓力及浸潤線。由于水庫管理單位未配置專門的工程技術(shù)人員及觀測設(shè)備，現(xiàn)測壓管已停止觀測。鑒于大壩測壓管觀測資料可靠性差，滲流計算采用有限單元法，計算斷面選擇大壩樁號0+120、0+450斷面。上游水位分別為興利水位114.20 m、設(shè)計洪水位（P=1%）115.86 m和校核洪水位（P=0.1%）117.25 m三種計算工況，下游水位采用近似下游地面高程。大壩滲漏量計算結(jié)果見表1。

由表1可知，在興利水位條件下，大壩滲漏長度按525 m計算，則0+120斷面代表滲漏長度200 m，0+450斷面代表滲漏長度325 m，大壩總滲漏量7.2萬m3/a，滲漏量偏大，但不會影響水庫正常蓄水。

表1 大壩滲漏量計算結(jié)果Table 1:Calculation results of the dam leakage

該兩斷面在各種工況條件下計算得到的浸潤線及等勢線見圖1～4。

圖1 0+120斷面興利水位和設(shè)計洪水位計算工況下的流網(wǎng)分布圖Fig.1 The flow net distribution graph of 0+120 cross section

圖2 0+450斷面興利水位和設(shè)計洪水位工況下的滲流網(wǎng)圖Fig.2 Flow net distribution graph of 0+450 cross section

圖3 0+120斷面興利水位時壩底水力坡降分布圖Fig.3 Distribution of hydraulic gradient in the dam foot of 0+120 cross section with the profitable water level

圖4 0+450斷面興利水位時心墻底水力坡降分布圖Fig.4 Distribution of hydraulic gradient in the core wall foot of 0+450 cross section with the profitable water level

3 滲透變形判斷

3.1 反濾層判斷

建壩時，壩后排水體沒有嚴格按反濾準則設(shè)計施工。壩體壤土和壩基礫砂粒徑特征見表2。

為保證壩體壤土和壩基礫砂不會發(fā)生管涌或流土，壩體壤土、壩基礫砂和排水體之間應(yīng)滿足反濾條件，粒徑必須滿足太沙基準則：D15/d85≤5（保證不發(fā)生流土或管涌）；D15/d15＞5（保證排水通暢）。

式中，D15為反濾料累計顆分曲線中含量小于15%的土顆粒粒徑（mm）；d85、d15分別為被保護土累計顆分曲線中含量小于85%和15%的土顆粒粒徑（mm）。

經(jīng)計算，壩體壤土和壩基礫砂之間不滿足反濾條件，壩后排水體不符合反濾層要求。因此，壩體壤土和壩基礫砂均存在滲透破壞的可能性。

3.2 滲透變形類型

壩基土料基本參數(shù)見表3。

由表3可知，下游碎石土及壩基砂均為砂性土，根據(jù)規(guī)范，判斷其滲透變形類型。對于砂性土的管涌和流土，應(yīng)根據(jù)土的細粒含量，采用下列方法判斷：

式中，Pc為土的細粒顆粒含量，以質(zhì)量百分率計（%）；n為土的孔隙率（%）。

經(jīng)計算，下游碎石土及壩基砂均為管涌型滲透變形。根據(jù)規(guī)范，管涌型滲透變形臨界水力坡降采用下式計算：

式中，d5、d20分別為占總土重5%和20%的土粒粒徑（mm）。

表2 壩體壤土及壩基砂礫粒徑特征表Table 2:Particle diameters of the loam of dam body and the gravel of dam foundation

表3 壩基土料基本參數(shù)一覽表Table 3:Parameters of the materials of dam foundation

根據(jù)規(guī)范，土的允許比降J允許取0.67Jcr。經(jīng)計算，下游碎石土滲透變形臨界水力比降值見表4。

表4 臨界水力坡降值計算結(jié)果Table 4:Calculation results of the critical hydraulic gradient

壩體土質(zhì)為壤土，其滲透變形類型為流土。根據(jù)規(guī)范可知：下游在有保護的情況下，壤土的允許水力比降為4～5；下游無保護的情況下，壤土的允許水力比降為0.4～0.5。

3.3 滲透坡降計算

經(jīng)計算，發(fā)生在0+120和0+450斷面壩體內(nèi)的最大坡降和位置、出逸點的最大坡降和位置見表5。

由表可見，0+120斷面和0+450斷面的壩體和壩基最大滲透坡降值均小于允許坡降值，但壩腳出逸點最大坡降較其它部位高。

表5 大壩滲透坡降計算結(jié)果匯總表Table 5:Calculation results of the dam seepage gradient

4 結(jié)語

綜上所述可知，0+120和0+450斷面的壩體和壩基最大滲透坡降值均小于允許坡降值，但排水體不符合反濾要求，壩腳出逸坡降較高。從現(xiàn)場檢查看，壩腳已多處產(chǎn)生坍塌破壞。因此，認為大壩壩腳存在滲透變形的可能性?！?/p>