東升水庫(kù)大壩滲流計(jì)算及穩(wěn)定分析

【摘要】土石壩滲流與穩(wěn)定是土石壩設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文通過(guò)對(duì)東升水庫(kù)大壩不同工況進(jìn)行滲流計(jì)算和壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算，為水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工程處理提供了科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】病險(xiǎn)水庫(kù)；大壩；滲流；穩(wěn)定分析；東升水庫(kù)

1、工程概況

東升水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主的?、判退畮?kù)?？刂屏饔蛎娣e5.1km2，設(shè)計(jì)灌溉面積1萬(wàn)畝。原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為：100年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核。設(shè)計(jì)總庫(kù)容155萬(wàn)m3。

東升水庫(kù)樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管及放水涵洞、提水工程四部分組成。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高35m，壩頂長(zhǎng)110m，壩頂寬7m，采用粘土截槽防滲。壩坡為草皮護(hù)坡。溢洪道位于大壩左側(cè)，進(jìn)口采用豎井式，末端消能采用陡坡式。大壩放水建筑物由臥管和放水涵洞組成，臥管布置于大壩右側(cè)上游岸坡，縱坡1：2，坡長(zhǎng)41.59m。涵洞最低一級(jí)高程為10.0m。揚(yáng)水站位于庫(kù)區(qū)右側(cè)，由于水庫(kù)蓄水量銳減，已棄用多年。

2、工程地質(zhì)

2.1壩體工程地質(zhì)

壩體土由低液限粉土組成，天然含水量10.7～24.0%，天然孔隙比0.634～0.848，干重度14.6～16.5KN/m3，慢剪內(nèi)摩擦角17.1～25.0°，慢剪粘聚力12.0～15.2kPa，粘粒含量11.3～21.3%，不均勻系數(shù)20.0～4.5，滲透系數(shù)為3.10×10-6cm/s～1.63×10-4cm/s，壓縮系數(shù)0.11～1.69Mpa-1，壓縮模量1.02～16.30Mpa。

2.2壩基工程地質(zhì)

據(jù)本次勘察，壩基巖性可分為三層。第③層低液限粉土（Q4al）：在26.50～27.0m夾粉土質(zhì)礫，成分以石英、長(zhǎng)石為主，次磨圓狀，含零星卵石，可見粒徑最大15cm左右。該層厚度2.50～7.20m。天然含水量17.3～21.6%，天然孔隙比0.635～0.699，干重度16.5～15.9KN/m3，壓縮系數(shù)0.11～0.28Mpa-1，壓縮模量為5.84～15.32MPa，滲透系數(shù)5.80×10-5～2.10×10-5cm/s。第④層含細(xì)粒土礫（Q2al）：褐黃色，稍濕，密實(shí)，成份以石英、長(zhǎng)石為主，磨圓度差，分選好。該層厚度2.00～3.00m。第⑤層低液限粉土（Q2al）：褐黃色，稍濕～濕，密實(shí)，含較多鈣核及零星碎石，本層未見底。已揭露最大厚度2.00m。允許水力坡降為0.50。

3、大壩滲流計(jì)算

1）計(jì)算工況?？紤]如下兩種工況：①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位；②校核洪水位34.16m驟降到正常蓄水位31.0m上游壩坡穩(wěn)定。2）計(jì)算方法。滲流計(jì)算方法采用有限元法。3）滲流計(jì)算斷面選用壩體最高斷面，樁號(hào)0+050。4）計(jì)算參數(shù)見表2。5）大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算。壩體滲流等勢(shì)線圖見圖1、圖2，水力比降計(jì)算結(jié)果詳見表1。

6）壩體滲漏流量。假設(shè)壩基不透水，按下式計(jì)算壩身滲流量：

Q=qL q=1

計(jì)算所得壩體滲漏量為1.383/d。

7）壩基滲漏流量。根據(jù)壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)，將壩基簡(jiǎn)化為單層透水層，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》相關(guān)公式，可以計(jì)算出，正常蓄水位時(shí)壩基滲漏量1.51m3/d，年滲漏量為551m3/年。

4、大壩穩(wěn)定計(jì)算

1）計(jì)算工況。①正常蓄水位31.0m時(shí)上、下游壩坡穩(wěn)定；②校核洪水位降至正常蓄水位時(shí)上游壩坡穩(wěn)定。③正常蓄水位31.0m+地震時(shí)上、下游壩坡穩(wěn)定。

2）大壩穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)詳見表2。

3）計(jì)算公式與計(jì)算斷面。壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算方法為簡(jiǎn)化畢肖普法。最大斷面0+050。

4）現(xiàn)狀大壩穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，大壩計(jì)算結(jié)果詳見表3。從計(jì)算結(jié)果可知，在正常運(yùn)用與非常運(yùn)用條件下，大壩上游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足大壩規(guī)范要求，但在正常運(yùn)用條件下，大壩下游壩坡的滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。穩(wěn)定滲流期滑弧位置圖見圖3、圖4。

據(jù)表1、表3計(jì)算結(jié)可以看出，東升水庫(kù)大壩壩體、壩基滲透均穩(wěn)定。各種計(jì)算工況上游壩坡均滿足規(guī)范要求。正常蓄水位及正常蓄水位+Ⅶ度地震兩種計(jì)算工況下游壩坡安全穩(wěn)定系數(shù)均小于規(guī)范要求值，判定下游壩坡不穩(wěn)定。依據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)大壩需進(jìn)行加固處理。

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)東升水庫(kù)不同工況的下的滲漏及穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算分析，可以有效地解決芮城升水庫(kù)大壩的滲漏問(wèn)題，同時(shí)也對(duì)東升水庫(kù)的除險(xiǎn)加固提出了設(shè)計(jì)依據(jù)及合理的方案。

作者簡(jiǎn)介

楊康（1985.9—），男，2005年7月畢業(yè)于山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程建筑專業(yè)，助理工程師.