漳澤水庫主壩滲流評(píng)價(jià)

李明

（山西省漳澤水庫管理局，山西 長(zhǎng)治 046021）

漳澤水庫主壩滲流評(píng)價(jià)

李明

（山西省漳澤水庫管理局，山西 長(zhǎng)治 046021）

土石壩滲流計(jì)算與壩體、壩基穩(wěn)定分析是土石壩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過對(duì)漳澤水庫主壩進(jìn)行滲流計(jì)算，為水庫的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供理論依據(jù)。

漳澤水庫；壩體滲流分析；壩基滲流分析；滲流計(jì)算

1 工程概況

漳澤水庫位于山西省長(zhǎng)治市北郊濁漳河南源干流上，屬海河流域上游漳衛(wèi)南運(yùn)河水系。水庫所在濁漳河南源流域東西寬約75.0km，南北長(zhǎng)約45.0km，干流發(fā)源于長(zhǎng)子縣黑虎嶺，至襄垣縣甘村與濁漳河西源匯合，全長(zhǎng)104.0km，流域面積3580.0km2。漳澤水庫為濁漳河南源的控制性樞紐工程，壩址距濁漳河西源交匯處31.6km，壩址以上干流長(zhǎng)72.3km，控制流域面積3176.0km2。

漳澤水庫是一座以工業(yè)供水、城市供水、灌溉、防洪為主，兼顧養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的大（二）型多年調(diào)節(jié)水庫，總庫容4.27億m3，調(diào)洪庫容3.3億m3，興利庫容1.1億m3。

2 主壩滲流安全評(píng)價(jià)

2.1 壩體滲流分析

取樁號(hào)0+760斷面進(jìn)行分析，該斷面的壩體測(cè)壓管垂直于壩軸線布置，在此斷面上沿大壩上游至下游分別布置測(cè)壓管T760-0、T760-3、T760-4。水位特征值如下，當(dāng)上游水位最大值為903.32時(shí)，T760-0為902.85；T760-3為896.5；T760-4為891.18。當(dāng)上游水位最小值為900.89時(shí)，T760-0為900.28；T760-3為895.07；T760-4為890.07。上游水位最大值與最小值相差2.43m，測(cè)得最大變幅為2.57m。

據(jù)特征值統(tǒng)計(jì)分析，得出壩體上游側(cè)測(cè)壓管水位變幅受上游庫水位變化影響較大，符合均質(zhì)土壩滲流規(guī)律。

2.2 壩基滲流分析

初設(shè)階段、歷次安全鑒定以及本次安全鑒定的地勘成果均表明，主壩壩基分布全新統(tǒng)粘土質(zhì)砂，厚2.0～5.0m。針對(duì)粘土質(zhì)砂，大壩初建時(shí)期的處理措施為，在壩軸線上游28.0m處做截水槽，截水槽底面嵌入粘土層0.5m，底寬3.0m，坡比1∶3，槽內(nèi)填筑粘土進(jìn)行夯實(shí)。

雖然針對(duì)粘土質(zhì)砂，初建時(shí)期已經(jīng)采取了截水槽等工程措施，但其滲流穩(wěn)定問題，仍是歷次安全鑒定最為關(guān)心的問題。因此，本次安全鑒定將結(jié)合壩基測(cè)壓管監(jiān)測(cè)資料，對(duì)粘土質(zhì)砂的滲透穩(wěn)定進(jìn)行分析。

本次安全鑒定的地勘成果揭示，全新統(tǒng)粘土質(zhì)砂的高程分布范圍約為876.0～880.0m。壩基測(cè)壓管的埋設(shè)底部高程約為877.0m，位于粘土質(zhì)砂層內(nèi)。因此，可以通過壩基測(cè)壓管的實(shí)測(cè)值，計(jì)算粘土質(zhì)砂層的滲透比降，計(jì)算公式，如公式（1）所示：

式中:J——為i、j兩點(diǎn)間滲透比降；

hi、hj——為i、j兩點(diǎn)的測(cè)壓管水位，m；

L——為i、j兩點(diǎn)的距離，m。

依據(jù)本次安全鑒定工程地質(zhì)勘查報(bào)告，主壩壩基粘土質(zhì)砂的滲透破壞形式為流土，其臨界水力比降取值為0.86?？紤]到流土對(duì)主壩危害較大，依據(jù)規(guī)范，其安全系數(shù)取值為2.0。容許水力比降值為臨界水力比降值與安全系數(shù)之積，因此粘土質(zhì)砂容許水力比降為0.43。

主壩壩基粘土質(zhì)砂的實(shí)測(cè)滲透比降最大值為0.212，未超過其容許水力比降0.43。說明，目前主壩壩基粘土質(zhì)砂不存在滲透破壞問題，整個(gè)壩基滲流狀況正常。

滲流量分析：主壩在樁號(hào)0+500，背水坡坡腳處布置量水堰L1，用于監(jiān)測(cè)主壩滲流量。實(shí)測(cè)資料表明，2008年以來，主壩的最大滲流量為9.55L/s，最小滲流量為1.31L/s，近年來滲流量長(zhǎng)期穩(wěn)定在1.5～3.0L/s，相應(yīng)單寬流量?jī)H為0.149～0.297m3/d，滲流量較小，并且下游壩腳排水溝中的水體，清澈透明，無懸移質(zhì)和漩渦現(xiàn)象。

繪制主壩2008～2014年間滲流量與上游庫水位、滲流量與降雨量的相關(guān)曲線，發(fā)現(xiàn)滲流量與上游庫水位及降雨量的相關(guān)性均不太好。分析認(rèn)為，水的粘滯性隨其溫度而變，其它條件相同，溫度變化引起的滲流量變化也相當(dāng)可觀，冬季的滲流量比盛夏季節(jié)少30.0%左右。監(jiān)測(cè)資料中滲流量并未進(jìn)行溫度校正，可能造成滲流量與上游庫水位及降雨量的相關(guān)性較差。因此，本次安全鑒定不再對(duì)滲流量與上游庫水位、滲流量與降雨量的相關(guān)性做進(jìn)一步分析。

綜上所述，取溫度對(duì)滲流量的影響變幅范圍是30.0%，主壩的滲流量仍然較小。雖然缺少滲流量溫度校正，但水體清澈透明，無懸移質(zhì)和漩渦現(xiàn)象，說明目前主壩的滲流狀態(tài)正常。

2.3 滲流計(jì)算分析

2.3.1 計(jì)算方法

《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，對(duì)于1級(jí)、2級(jí)土壩應(yīng)采用數(shù)值法計(jì)算滲流場(chǎng)的各滲流因素。漳澤水庫大壩為2級(jí)建筑物，因此采用有限元數(shù)值法進(jìn)行滲流計(jì)算。

計(jì)算程序采用《理正滲流分析計(jì)算軟件》，其滲流有限元分析基本方程式，如公式（2）所示：

式中：［K］——透水系數(shù)矩陣；

｛H｝——總水頭向量；

［M］——單元儲(chǔ)水量矩陣；

Q——流量向量；

t——時(shí)間，

2.3.2 計(jì)算工況

主壩滲流計(jì)算包括以下水位組合工況：上游正常蓄水位與下游最低水位；上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位；上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位。

歷次安全鑒定報(bào)告中，均將下游坡腳排水明溝溝底高程（約為887.98m）作為各工況的下游水位高程，本次安全鑒定仍沿用此高程值。各工況對(duì)應(yīng)的上下游水位，如表1所示。

表1 主壩滲流計(jì)算工況

2.3.3 計(jì)算參數(shù)選取

本次主壩滲流計(jì)算的土體滲流參數(shù)取值，是以本次地質(zhì)勘查資料成果為基礎(chǔ)，結(jié)合原始設(shè)計(jì)資料以及2008年安全鑒定地勘成果，并考慮類似土壩的工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行綜合確定的。

2.3.4 主壩滲流計(jì)算復(fù)核分析及評(píng)價(jià)

復(fù)核工況。本次主要復(fù)核壩體及壩基在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位工況下的穩(wěn)定滲流。

復(fù)核結(jié)果分析與評(píng)價(jià)。依據(jù)本次安全鑒定工程地質(zhì)勘查報(bào)告，主壩壩體填土的滲透破壞形式為流土，其臨界水力比降取值為1.08。考慮到流土對(duì)主壩危害較大，依據(jù)規(guī)范，其安全系數(shù)取值為2.0。因此，主壩壩體的容許水力比降為0.54。

各工況滲流計(jì)算得到的出逸部位、出逸點(diǎn)滲透比降、單寬滲流量和總滲水量，如表2所示：

表2 各工況滲流計(jì)算結(jié)果

綜合分析上述滲流計(jì)算復(fù)核結(jié)果，可以看出：

各工況下壩體浸潤(rùn)線均從下游壩腳溢出，出逸點(diǎn)滲透比降均低于容許比降，且下游壩腳設(shè)有貼坡排水，不存在滲流破壞問題。

正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位3種工況下，大壩總滲水量分別為2.81L/s、3.15L/s、4.22L/s，滲流量隨上游庫水位的增高而增大，但總體滲流量較小，與實(shí)測(cè)值吻合。

綜上所述，主壩在各工況下，下游壩腳出逸點(diǎn)的滲透比降均小于容許比降，不存在滲流破壞問題；大壩總滲流量與實(shí)測(cè)量吻合，且滲流量較小。說明目前主壩整體滲流狀態(tài)正常。

3 評(píng)價(jià)結(jié)論

監(jiān)測(cè)資料結(jié)果表明，壩體上游側(cè)測(cè)壓管的測(cè)壓管水位與庫水位相關(guān)性好，各年的測(cè)點(diǎn)都集中在一條相關(guān)線上；測(cè)壓管的位勢(shì)值隨時(shí)間變化，波動(dòng)范圍較??；主壩壩基粘土質(zhì)砂的實(shí)測(cè)滲透比降未超過其容許水力比降。主壩的滲流量較小，并且水體清澈透明，無懸移質(zhì)和漩渦現(xiàn)象。結(jié)果均表明目前主壩的滲流狀態(tài)正常。

滲流計(jì)算分析結(jié)果表明，主壩在各工況下，下游壩腳出逸點(diǎn)的滲透比降均小于容許比降，不存在滲流破壞問題；大壩總滲流量與實(shí)測(cè)量吻合，且滲流量較小。說明目前主壩整體滲流狀態(tài)正常。

TV139.14

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1004-7042（2017）07-0042-02

李明（1986-），男，2010年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-05-09；

2017-06-17