老馬澗水庫(kù)滲流分析及安全評(píng)價(jià)

宋繼斌，常周梅，常雙梅

(1.靖遠(yuǎn)縣職業(yè)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，甘肅靖遠(yuǎn) 730600；2.青海民族大學(xué)，青海西寧 810007；3.蘭州城市學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

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老馬澗水庫(kù)滲流分析及安全評(píng)價(jià)

宋繼斌1，常周梅2*，常雙梅3

(1.靖遠(yuǎn)縣職業(yè)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，甘肅靖遠(yuǎn) 730600；2.青海民族大學(xué)，青海西寧 810007；3.蘭州城市學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

摘要對(duì)壩體及壩基進(jìn)行取樣試驗(yàn)，對(duì)老馬澗水庫(kù)大壩最大斷面在穩(wěn)定滲流期的下游坡和庫(kù)水位降落期的上游壩坡進(jìn)行全面的抗滑穩(wěn)定滲流進(jìn)行分析，同時(shí)利用畢肖普法計(jì)算各工況最小安全系數(shù)對(duì)大壩給予安全評(píng)價(jià)。研究對(duì)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固方案具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞土石壩；滲流；畢肖普法；穩(wěn)定

Laomajian Reservoir Seepage Analysis and Safety Evaluation

SONG Ji-bin1, CHANG Zhou-mei2*, CHANG Shuang-mei3(1.Vocational Middle School of Jingyuan County, Jingyuan, Gansu 730600; 2.Qinghai Nationalities University, Xining, Qinghai 810007; 3.Lanzhou City College, Lanzhou, Gansu 730070)

Abstract The sampling experiment was conducted on dam and dam foundation, comprehensive anti-sliding stability seepage was analyzed on downstream slope of the maximum section of Laomajian Reservoir in the stable seepage period and the upstream dam slope of the water level falling stage, at the same time using Bishop method to calculate the minimum safety coefficient of dam condition and give safety evaluation. The study has an important guiding significance for reservoir reinforcement project.

Key words Earth rock dam; Seepage; Bishop; Stable

1工程概況

老馬澗水庫(kù)是一座以蓄水灌溉為主的小(二)型水庫(kù)，集雨面積3.80 km2，總庫(kù)容15.02萬(wàn)m3。老馬澗水庫(kù)由大壩、溢洪道及輸水設(shè)施3部分組成。現(xiàn)狀壩頂高程2 066.00 m，壩高19.00 m，壩頂寬3.50 m，壩長(zhǎng)79.00 m，大壩上游坡比1∶1.717，下游坡比1∶2.148。溢洪道位于大壩右岸與邊坡的接合部位，為混凝土矩形斷面，高2.00 m，寬2.40 m，其軸線(xiàn)為折線(xiàn)型，總長(zhǎng)約68.50 m。輸水涵洞位于大壩中部壩底，為DN500混凝土管，長(zhǎng)約62.00 m。

水庫(kù)以當(dāng)?shù)厥芤娲迕褡约杭Y，投工投勞修建而成，由于沒(méi)有地勘、測(cè)量、技術(shù)設(shè)計(jì)以及工程建設(shè)的相關(guān)審批手續(xù)，施工質(zhì)量差，造成水庫(kù)大壩建成后存在較多病險(xiǎn)。2006年8月，水庫(kù)出現(xiàn)大壩壩頂開(kāi)裂和不均勻沉降，現(xiàn)場(chǎng)查勘表明：壩體滲漏，根據(jù)壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其滲透系數(shù)K大于2.0×10-3cm/s；上游壩坡是用風(fēng)化料填筑，無(wú)防浪設(shè)施，坡面出現(xiàn)多條沖溝；下游坡面上有明顯的侵蝕沖溝，壩腳無(wú)排水設(shè)施；原有溢洪道斷面尺寸，結(jié)構(gòu)要求不滿(mǎn)足，同時(shí)由于受坍塌體(TH2)影響，雨季溢洪道靠山體一側(cè)殘坡積層邊坡極易產(chǎn)生坍塌、淤積甚至掩埋溢洪道。

2壩體滲流分析

2.1安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則SL258-2000》規(guī)定滲流安全綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]，A級(jí)：當(dāng)各種巖土材料的實(shí)際滲流比降小于規(guī)范允許下限，壩基揚(yáng)壓力小于設(shè)計(jì)值，且運(yùn)行中無(wú)滲流異常征兆，建筑物的滲流性態(tài)安全。B級(jí)：當(dāng)各種巖土材料的實(shí)際滲流比降大于規(guī)范允許下限，但未超過(guò)其上限或同類(lèi)工程的經(jīng)驗(yàn)安全值，壩基揚(yáng)壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)值，有一定滲流異常但不影響安全，建筑物的滲流性態(tài)基本安全。C級(jí)：當(dāng)各種巖土材料的實(shí)際滲流比降大于規(guī)范或經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的上限或破壞值，壩基揚(yáng)壓力大于設(shè)計(jì)值，出現(xiàn)嚴(yán)重滲流異?，F(xiàn)象時(shí)，建筑物的滲流性態(tài)不安全。

2.2計(jì)算斷面及抗滑穩(wěn)定分析根據(jù)對(duì)原壩體及壩基進(jìn)行的取樣試驗(yàn)結(jié)果，大壩壩體為均質(zhì)土壩，把壩體分為2個(gè)滲透區(qū)。充分考慮所取土樣位置、試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合鉆孔觀察、孔內(nèi)標(biāo)貫試驗(yàn)等條件，壩體、壩基巖土體的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1　壩體壩基物理力學(xué)指標(biāo)

2.2.1計(jì)算工況。根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)[2]，土石壩在蓄水和庫(kù)水位降落的各個(gè)時(shí)期不同荷載下，應(yīng)分別計(jì)算其穩(wěn)定性[3]。穩(wěn)定滲流期、水庫(kù)水位降落期和正常運(yùn)用遇地震3種工況，應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容如下：穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡；水庫(kù)水位降落期的上游壩坡；正常運(yùn)用遇地震的上、下游壩坡。

2.2.2計(jì)算方法及斷面。壩體穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普?qǐng)A弧法，按有效應(yīng)力計(jì)算，地震作用力按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203-97)中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算軟件采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院編制的《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序STAB2009》。按照《小型水利水電工程碾壓土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》(SL189-96)的要求，對(duì)大壩最大斷面進(jìn)行穩(wěn)定滲流期的下游坡和庫(kù)水位降落期的上游壩坡進(jìn)行全面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算[4-6]。大壩橫斷面及材料分區(qū)見(jiàn)圖1，壩坡的穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表2。

2.3壩坡抗滑穩(wěn)定結(jié)果及評(píng)價(jià)上游壩坡在正常工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅在不考慮地震影響的工況下滿(mǎn)足規(guī)范要求，在非正常工況下除了校核洪水位、不遇地震時(shí)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小Kmin=1.337(大于規(guī)范值)外，其余均小于規(guī)范值。下游壩坡在任何工況下，抗滑安全系數(shù)基本都小于規(guī)范要求值，根據(jù)文獻(xiàn)[2]規(guī)定，該大壩綜合評(píng)價(jià)為C級(jí)，建筑物的滲流性態(tài)不安全。大壩抗滑穩(wěn)定不滿(mǎn)足規(guī)范要求，壩體上下游壩坡抗滑穩(wěn)定性差，不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

根據(jù)壩體注水和壩基壓水試驗(yàn)成果表明：大壩壩體滲透系數(shù)K值在3.09×10-4~1.19×10-1cm/s，均值2.58×10-2cm/s，屬中等～強(qiáng)透水層，不能滿(mǎn)足水庫(kù)大壩壩體防滲要求；大壩壩基透水率q值在4.3~35.3 Lu，均值為12.8 Lu，屬中等透水～弱透水層，不能滿(mǎn)足水庫(kù)大壩壩基防滲要求；同時(shí)，據(jù)ZK1及ZK3壩基壓水試驗(yàn)成果，壩肩基巖透水率q值在14.1~35.3 Lu，屬中等透水～弱透水層，存在繞壩滲漏可能；從壩體注水試驗(yàn)成果來(lái)看，自現(xiàn)壩頂起5.00 m深度范圍內(nèi)土體滲透系數(shù)較大，介于1.11×10-2～1.19×10-1cm/s，為強(qiáng)透水層。結(jié)合抗滑穩(wěn)定結(jié)果、原大壩施工情況、地質(zhì)勘查，對(duì)大壩現(xiàn)狀做出如下評(píng)價(jià)：①壩體填筑質(zhì)量差，局部不密實(shí)，無(wú)排水設(shè)施，壩體浸潤(rùn)線(xiàn)位置偏高，影響大壩穩(wěn)定。②在正常蓄水位、設(shè)計(jì)水位、校核蓄水位等工況下壩坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)小于規(guī)范值。

3結(jié)論及建議

根據(jù)對(duì)現(xiàn)狀壩體壩坡穩(wěn)定的計(jì)算，壩體及上下游壩坡均不滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求，均不滿(mǎn)足規(guī)范要求。建議對(duì)大壩采取以下工程措施進(jìn)行加固處理：①建議對(duì)壩體及壩基進(jìn)行帷幕灌漿。②壩體上下游護(hù)坡沖刷嚴(yán)重，建議在上游設(shè)置反濾層和防沖設(shè)施，下游增設(shè)排水設(shè)施。③建議壩頂鋪設(shè)彈石路面，向下游傾斜排水。

參考文獻(xiàn)

[1] 水利部大壩安全管理中心.水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則：SL258-2000[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL274- 2001[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[3] 張啟岳.土石壩加固技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

[4] 吳誠(chéng)高，張文捷.鐘陵水庫(kù)滲流及穩(wěn)定性分析[J].科技傳播，2010(20)：173-174.

[5] 戴榮富，李靜，楊立欣，等.水庫(kù)大壩滲流分析探討[J].中國(guó)水運(yùn)，2007(10)：71-72.

收稿日期2015-10-23

作者簡(jiǎn)介宋繼斌(1974- )，男，甘肅靖遠(yuǎn)人，中級(jí)教師，從事水工結(jié)構(gòu)耐久性及可靠度研究。*通訊作者，從事水工結(jié)構(gòu)耐久性方面研究。

基金項(xiàng)目青海民族大學(xué)校級(jí)科研項(xiàng)目青年項(xiàng)目(2015XJZ22)；青海民族大學(xué)大學(xué)生2015年度創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(DCXM-2015-018)。

中圖分類(lèi)號(hào)S 277；TV 139.14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)33-386-02