不同滲流場(chǎng)作用下均質(zhì)土壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

【摘要】由于填筑材料的關(guān)系，均質(zhì)土壩壩體土中孔隙水不易及時(shí)排水，因此滲流作用對(duì)壩體穩(wěn)定性影響很大。本文以四川地區(qū)某均質(zhì)土壩為例，利用有限元對(duì)壩體進(jìn)行滲流計(jì)算，分析了大壩在校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位和正常蓄水位三種工況下，滲流場(chǎng)變化情況，并以此得出不同滲流場(chǎng)作用下該大壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】均質(zhì)土壩；滲流計(jì)算；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

the estimation of stability of the homogeneous earth dam under the different seepage field

LIU Mingxin

（College of Eenvironment and Civil Engineering，Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， Sichuan， China）

Abstract： Since it is difficult to remove the pore water in homogeneous earth dam because of the filling material， the seepage action has played an important role in the stability of the dam. This paper takes a homogeneous earth dam in Sichuan as example， analysis the variations of seepage field under the maximum water stage， design water lever and the normal water lever according the finite element analysis， then draw a conclusion of the estimation of stability of the dam under the different seepage field.

Key words：Homogeneous earth dam；Seepage calculation；Stability evaluation

1、引言

土壩是一種歷史悠久的傳統(tǒng)擋水構(gòu)筑物，至今仍然發(fā)揮著重要作用。根據(jù)土壩內(nèi)填筑材料的配置，通?？蓪⑼翂畏志|(zhì)土壩、斜墻土壩、心墻土壩以及多種土質(zhì)壩四類。均質(zhì)土壩是一種用粘性土料為筑壩材料筑成的土壩，因其具有材料單一，工序簡(jiǎn)單，各工序間干擾少，與壩基、岸坡及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長(zhǎng)，可簡(jiǎn)化防滲處理等優(yōu)點(diǎn)，在水庫壩體建設(shè)中被廣泛采用。但是，如果壩體建在弱透水基礎(chǔ)上而又未采取適宜的壩內(nèi)排水措施，壩體浸潤線會(huì)較高，當(dāng)庫水位迅速降落，粘性土孔隙水不易排出，對(duì)壩體穩(wěn)定性極為不利。本文通過有限元方法對(duì)四川地區(qū)某水庫均質(zhì)土壩進(jìn)行滲流計(jì)算分析，提出安全評(píng)價(jià)。

2、工程概況

某水庫位于四川省西南部，自貢市沿灘區(qū)鄧關(guān)鎮(zhèn)，水庫建于沱江水系釜溪河支流鐵錢溪流域，大壩地理位置：東經(jīng)104°55′0.19″，北緯29°9′42.04″。該水庫地處四川盆地西南部丘陵低山區(qū)，壩址以上控制流域面積0.19km2。正常蓄水位297.80m，相應(yīng)庫容11.4萬m3，死水位294.75m，死庫容4.0萬m3。工程于1958年12月竣工投入運(yùn)行，為均質(zhì)土壩。

庫區(qū)位于龍爪寺向斜之南西翼，獅子山斷層之北北東。地層受構(gòu)造影響輕微，地層產(chǎn)狀320°∠6°，無斷層穿越庫區(qū)及樞紐，見圖1。壩址區(qū)域出露地層為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組（J2S2），主要以粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主，上覆第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）粉質(zhì)粘土。

3、滲流計(jì)算分析

3.1計(jì)算斷面

計(jì)算采用斷面：由于水庫大壩無滲流原型觀測(cè)資料，本次滲流安全復(fù)核以計(jì)算為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合大壩現(xiàn)場(chǎng)安全檢查結(jié)果，進(jìn)行滲流安全分析評(píng)價(jià)。根據(jù)壩體和壩基的地質(zhì)情況，同時(shí)綜合近期地勘結(jié)果，滲流計(jì)算選取大壩的最大剖面（大壩河床段橫斷面）計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2。

3.2計(jì)算斷面

水庫特征水位：校核洪水位299.740m，設(shè)計(jì)洪水位298.970m，正常蓄水位297.80m，死水位294.75m。復(fù)核計(jì)算工況如下：

工況1：校核洪水位299.740m形成的滲流期。

工況2：設(shè)計(jì)洪水位298.970m形成的滲流期。

工況3：正常蓄水位297.80m形成的穩(wěn)定滲流期。

大壩各區(qū)土料主要物理性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

3.3計(jì)算成果

水庫依據(jù)以上分析的斷面參數(shù)，采用有限元方法，利用理正軟件對(duì)上述各種工況進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算成果見下列表2

3.4滲流分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在正常蓄水位下壩體及壩基每晝夜單寬滲漏量合計(jì)為0.149m3/d，大壩壩體、壩基每年滲漏總量為54.02m3。占水庫總庫容17.16萬m3的0.315‰，不存在壩體滲漏問題；主、副壩體在正常蓄水位情況下，壩體特征部位的滲透坡降J值為0.48，小于其小于允許的土體滲透坡降J值1.0，不會(huì)發(fā)生滲透破壞；另外大壩并且現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查壩體、壩基及壩肩均不存在滲漏現(xiàn)象，大壩不存在滲流安全問題。

4、穩(wěn)定性計(jì)算分析

4.1計(jì)算參數(shù)

水庫壩體為均質(zhì)土壩，在不同庫水位條件下，滲流場(chǎng)的作用不同。因此，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究分為在正常和非正常工況下上、下游壩坡的穩(wěn)定性計(jì)算分析。

根據(jù)規(guī)范[1]和[2]的要求，結(jié)合水庫壩址區(qū)工程屬性，確定大壩計(jì)算工況組合見表3。

壩體土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)采用情況見表4。

4.2計(jì)算成果

根據(jù)規(guī)范[1]采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢普法，利用“Autobank6.1軟件”對(duì)上述各種工況進(jìn)行上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算成果見表5。

4.3穩(wěn)定性分析

水庫為?。ǘ┬退畮?，大壩的工程級(jí)別為5級(jí)，查規(guī)范[1]中表8.3.10，可知壩坡抗滑穩(wěn)定最小允許安全系數(shù)，詳見表6。

根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算成果與壩坡抗滑穩(wěn)定最小允許安全系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，詳見表7。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，上、下游壩坡未出現(xiàn)宏觀明顯的變形跡象；通過壩坡穩(wěn)定計(jì)算，從表7顯示上、下游壩坡在各種工況下的最小安全系數(shù)均大于最小允許安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求。

5、結(jié)論

（1） 在校核洪水位299.740m，設(shè)計(jì)洪水位298.970m和正常蓄水位297.80m三種工況條件下，壩體各特征部位的滲透比降均小于允許的土體滲透比降，不會(huì)發(fā)生滲透破壞。壩體、壩基及壩肩均不存在滲漏。

（2） 大壩上、下游壩坡未發(fā)現(xiàn)滑坡等結(jié)構(gòu)安全問題，計(jì)算出的最小抗滑系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定的最小運(yùn)行安全系數(shù)，不存在上、下游壩坡安全度不夠的問題。

（3） 根據(jù)[2]標(biāo)準(zhǔn)，此水庫大壩壩體的滲流安全評(píng)價(jià)為A級(jí)，大壩整體的穩(wěn)定性安全綜合評(píng)價(jià)為B級(jí)。