黃土高原地區(qū)均質(zhì)土壩滲流分析

徐喜剛

（慶城縣水務(wù)局 水利建設(shè)管理站，甘肅 慶陽(yáng) 745100）

水庫(kù)水位的周期性變化引起庫(kù)區(qū)滑坡的現(xiàn)象日益增多，成為常見的地質(zhì)災(zāi)害之一[1]。土石壩運(yùn)行中，人工調(diào)蓄，自然降雨等因素的影響，庫(kù)水位迅速變化會(huì)使坡內(nèi)孔隙水壓難以及時(shí)消散，減小土料的有效應(yīng)力，降低土體抗剪強(qiáng)度，從而引起壩坡失穩(wěn)破壞[2]。水位的滲透力與滲透坡降成正相關(guān)關(guān)系，水位下降幅度越大，滲透坡降也越大，滲透力也越大，非穩(wěn)定滲流而引起的滲透力，使邊坡的滑動(dòng)力矩增大，減小了土壤的抗剪強(qiáng)度，對(duì)土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，同時(shí)使得壩坡的穩(wěn)定系數(shù)下降，是引起土石壩壩體破壞的主要原因[3]。系統(tǒng)全面地監(jiān)測(cè)和分析庫(kù)水位變化條件下的土石壩滲流穩(wěn)定問題具有重要的意義。

1 工程概況

芡子溝水庫(kù)位于甘肅省慶城縣慶城鎮(zhèn)蓮池村陳家莊組芡子溝溝口上游245 m 處，是一座注入式抗旱應(yīng)急小型水庫(kù)，2018 年11 月開始蓄水運(yùn)行，解決了縣城周圍12.73 萬人的用水問題，同時(shí)成為慶陽(yáng)市市區(qū)應(yīng)急水源工程的水源。工程由水庫(kù)、擋水壩、溢洪道、輸水建筑物等組成?？値?kù)容319.6 萬m3，壩體采用均質(zhì)土壩，壩高51.6 m，壩頂長(zhǎng)度205.41 m，壩頂寬6 m，水庫(kù)設(shè)計(jì)死水位1083.2 m，正常高水位1096.6 m，設(shè)計(jì)洪水位1097.49 m，校核洪水位1098.29 m，水庫(kù)建基高程1051.8 m，壩頂高程1099.6 m，防浪墻頂高程1100.8 m，壩下設(shè)置結(jié)合槽[4]。

2 監(jiān)測(cè)布設(shè)

壩體滲流壓監(jiān)測(cè)。大壩滲流監(jiān)測(cè)主要有大壩壩體內(nèi)部測(cè)壓管。滲流觀測(cè)分別在壩橫0+055、0+085、0+125設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，沿?cái)嗝嬖O(shè)置4 組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為壩縱0-005、0+005、0+032、0+075，共12 個(gè)測(cè)壓管。

表1 滲流觀測(cè)管位置及參數(shù)表

3 滲流觀測(cè)資料分析

3.1 不同壩縱斷面滲流分析

如圖1 所示，水庫(kù)水位在年度內(nèi)呈先升后降的趨勢(shì)，于2020 年9 月6 日和2021 年9 月12 日達(dá)到最大水位，分別為1089.45 m 和1089.7 m。在壩縱0-005 斷面上C1、C5、C9 測(cè)壓管液面高度為零。在壩縱0+005斷面上C2 測(cè)壓管液面高度平均為2.21 m，液面高度受水庫(kù)水位影響較大，變化趨勢(shì)稍微滯后于水庫(kù)水位；C6測(cè)壓管液面高度隨時(shí)間變化逐漸平緩，2020 年9 月底開始為零；C10 測(cè)壓管液面高度為零。壩縱0+032 斷面上C3 測(cè)壓管液面高度平均為11.99 m，液面高度受水庫(kù)水位影響較大，變化趨勢(shì)稍微滯后于水庫(kù)水位；C7 測(cè)壓管液面高度隨時(shí)間變化逐漸平緩，液面高度基本不受水庫(kù)水位影響；C11 測(cè)壓管僅在20220 年8 月至9 月短時(shí)間出現(xiàn)液面高度，平均為0.3 m。壩縱0+075 斷面上C4 測(cè)壓管滲流液面高度平均為2.97m，液面高度受水庫(kù)水位影響較?。籆8、C12 測(cè)壓管液面高度為零。

圖1 不同壩縱斷面滲流圖

3.2 不同壩橫斷面滲流分析

如圖2 所示，壩橫0+055 斷面上C1 測(cè)壓管液面高度為零；C2、C3 測(cè)壓管液面高度受庫(kù)水位影響較大，隨庫(kù)水位變化趨勢(shì)相同，但稍有滯后；C4 測(cè)壓管液面高度受庫(kù)水位影響較小。壩橫0+085 斷面上，C5、C8測(cè)壓管液面高度為零；C6、C7 測(cè)壓管液面高度受庫(kù)水位影響較小。壩橫0+055 斷面上C9、C10、C11、C12液面高度均為零。

圖2 不同壩橫斷面滲流圖

3.3 不同壩橫斷面壩體浸潤(rùn)線

根據(jù)各測(cè)壓管數(shù)據(jù)，繪制壩橫不同斷面壩體最大浸潤(rùn)線，如圖3 所示。壩橫0+055 斷面上，C1 測(cè)壓管處壩體浸潤(rùn)線低于1078.37 m；壩橫0+085 斷面上，C5 和C8 測(cè)壓管處壩體浸潤(rùn)線分別低于1078.38 m 和1056.86 m；壩橫0+0125 斷面上，僅C1 測(cè)壓管處浸潤(rùn)線在2020年8-9 月份高于1056.99 m?？傮w來看，由壩左向壩右壩體浸潤(rùn)線逐漸降低，壩體浸潤(rùn)面整體較低。

圖3 不同壩橫斷面壩體浸潤(rùn)線圖

4 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行是發(fā)揮水庫(kù)效益的保證，水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，是提升水庫(kù)安全運(yùn)行性的重要手段，水庫(kù)滲流監(jiān)測(cè)的應(yīng)用能夠?yàn)榉治鏊畮?kù)滲流穩(wěn)定分析提供數(shù)據(jù)支撐，為水庫(kù)大壩的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。通過對(duì)近2 年水庫(kù)大壩滲流觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，芡子溝水庫(kù)壩體不同部位的浸潤(rùn)過程線都與壩前蓄水位過程線變化基本一致，浸潤(rùn)線最高水位與壩前最高蓄水位相對(duì)滯后，越到下游滯后時(shí)間越長(zhǎng)，符合壩體浸潤(rùn)線變化相對(duì)滯后壩前蓄水位過程線的正常規(guī)律。壩體從壩左向壩右，壩體揚(yáng)壓力逐步降低，表明壩體左側(cè)揚(yáng)壓力大于壩體右側(cè)揚(yáng)壓力，在相同壩橫斷面上的壩體浸潤(rùn)線由壩左向壩右逐步降低。