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        清河水庫大壩滲流及滲透穩(wěn)定復(fù)核分析

        2010-07-03 10:23:56姜鳳海
        大壩與安全 2010年1期
        關(guān)鍵詞:斜墻砂礫粘土

        姜鳳海

        (遼寧省清河水庫管理局,遼寧鐵嶺 112003)

        1 工程概況

        水庫大壩為復(fù)式斷面碾壓式粘土斜墻砂殼壩,迎水面為塊石護(hù)坡,背水面為碎石護(hù)坡。最大壩高39.6 m,壩長 1 622 m,壩頂寬 6 m,壩底寬 233 m,防浪墻高1.15 m,為漿砌塊石,上游面噴混凝土防滲處理。粘土斜墻頂高程為136.30 m,斜墻頂寬3.5 m,濾水壩頂高程為 103 m,頂寬 3 m。

        從大壩的監(jiān)測(cè)資料分析看,大壩滲流狀態(tài)安全,不存在滲漏隱患,但大壩沒有高水位運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),無法對(duì)未來高水位的滲漏情況進(jìn)行預(yù)估,因此有必要進(jìn)行相應(yīng)的理論計(jì)算分析,進(jìn)一步判定大壩滲流和滲透穩(wěn)定情況。

        2 計(jì)算條件及參數(shù)選取

        (1)計(jì)算指標(biāo)選取

        本次復(fù)核計(jì)算對(duì)《清河水庫工程安全評(píng)價(jià)檢測(cè)報(bào)告》中提供的大壩粘土和砂礫料物理力學(xué)特性和1988年抗震計(jì)算選取的計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,可以看出主壩壩體筑壩土料符合SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)筑壩土料的要求。經(jīng)比較,綜合選取滲流計(jì)算指標(biāo)見表1,斜墻粘土滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)見表2,壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)見表3。

        (2)滲流計(jì)算邊界及計(jì)算工況

        河床部分壩體斜墻在高程85.00 m由截流齒槽與壩基相連,壩基主要為綠泥石片巖,壩基巖石為新鮮基巖,對(duì)吸水率大于0.50 cm/s的基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理。因此,滲流計(jì)算邊界可認(rèn)為齒墻深入不透水地基的斜墻碾壓土石壩。

        教師使用課程申請(qǐng)人電子評(píng)估追蹤系統(tǒng)(ECATS)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程全程跟蹤、評(píng)價(jià)。該課程的考核內(nèi)容分為5項(xiàng),總分為500分。包括:關(guān)鍵性任務(wù)一(100分)、關(guān)鍵性任務(wù)二(100分)、期末閉卷測(cè)試(100分)、隨堂測(cè)試和課后作業(yè)(100分)、課程參與度和考勤(100分)。

        表1 大壩滲流計(jì)算指標(biāo)Table 1 :Indexes of dam seepage calculation

        表2 大壩斜墻粘土計(jì)算指標(biāo)Table 2 :Calculation indexes for the sloping wall clay

        表3 大壩壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)Table 3 :Indexes in seepage stability calculation of sand-gravel material of dam body

        本次滲流安全復(fù)核采用以下工況和水位:正常蓄水位 131.00 m;95·7 洪水位為 134.93 m; 復(fù)核后設(shè)計(jì)水位為 135.42 m(p=0.2%);復(fù)核后校核水位為137.22 m(p=0.02%)。滲流穩(wěn)定計(jì)算斷面圖見圖 1。

        圖1 清河水庫攔河壩穩(wěn)定計(jì)算斷面圖Fig.1 Cross section in the stability calculation of Qinghe water retaining dam

        3 滲流及滲透穩(wěn)定復(fù)核

        (1)滲流計(jì)算

        大壩運(yùn)行多年,土體已經(jīng)完全固結(jié),因此可采用不可壓縮滲流方程,認(rèn)為滲透系數(shù)各向同性。通過粘土斜墻土石壩的滲流穩(wěn)定,程序采用以下公式進(jìn)行計(jì)算:

        式中:q為單位場(chǎng)地壩體的滲流量;hT為斜墻后的滲流水深;h0為下游壩坡處的滲流水深;δ1為斜墻在計(jì)算水位處的厚度,m;δ2為石斜墻底部的最大厚度,m。

        k1和k分別為斜墻及墻后壩體的滲透系數(shù);α和β為斜墻上、下游邊坡與基礎(chǔ)底面的夾角;m1和m'1為斜墻上、下游邊坡;m2為下游壩坡邊坡;H1和H2為上下游水深。

        滲流計(jì)算成果見表4。

        大壩設(shè)計(jì)粘土滲透系數(shù)為 2.35×10-7m/s,砂礫料滲透系數(shù)為3.50×10-2m/s, 大壩最大滲流量為0.013 m3/d·m,下游最大逸出高度 0.008 5 m。

        對(duì)比復(fù)核結(jié)果可以看出,實(shí)際粘土滲透系數(shù)較設(shè)計(jì)小,因此滲流量比設(shè)計(jì)小,逸出高度比設(shè)計(jì)低。復(fù)核計(jì)算逸出點(diǎn)較實(shí)測(cè)壓力值低的原因是計(jì)算下游水深取與排水溝平齊,而實(shí)際地下水位在地面以下 0.50~2.00 m。

        (2)滲透穩(wěn)定計(jì)算

        滲透變形形式判別采用GB50287-99《水利水電工程地質(zhì)勘察與技術(shù)規(guī)范》附錄M中的方法。

        粗粒和細(xì)粒區(qū)分界限粒徑:df=

        表4 滲流計(jì)算成果表Table 4 :Results of seepage calculation

        式中:d70、d10為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為70%和10%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑,mm;n為土的孔隙率,由大壩壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)確定砂礫料細(xì)粒含量:Pc=38。結(jié)論:因?yàn)镻c>P,所以壩體砂礫料發(fā)生滲透變形類型為流土。

        流土臨界水力坡降:Jcr=(Gs-1)(1-n)

        式中:Jcr為土的臨界水力比降;

        Gs為土的顆粒密度與水的密度之比;

        K為安全系數(shù),根據(jù)工程重要性選為2.0。

        滲透穩(wěn)定計(jì)算成果見表5。

        壩體浸潤線較低,因此實(shí)際滲透比降非常小,與復(fù)核計(jì)算接近,故設(shè)計(jì)浸潤線與復(fù)核浸潤線一致,復(fù)核浸潤線為設(shè)計(jì)浸潤線,設(shè)計(jì)浸潤線圖見圖2。

        斜墻上游部分的砂殼透水性很大,故可認(rèn)為其浸潤線與上游水位相平。

        斜墻下游之南壩體內(nèi)浸潤線,根據(jù)計(jì)算hb=0.008 5 m,其值接近于零,無實(shí)際意義,故認(rèn)為下游壩體之浸潤線與尾水位相平。

        斜墻內(nèi)部流線分布情形按繪制流網(wǎng)的方法確定,因?yàn)閴紊?、壩基砂礫的滲透系數(shù)與粘土心墻滲透系數(shù)相差很大,故認(rèn)為滲透水流在砂礫中無水頭損失,斜墻上游坡為一條H=38.3的等能線,尾水位以下部分的斜墻下游坡為H=0的等能線,巖基及截水墻為不透水。

        (3)滲流計(jì)算和滲透穩(wěn)定計(jì)算成果分析

        從大壩滲流計(jì)算和滲透穩(wěn)定計(jì)算成果可以看出,大壩滲流量極小,各工況浸潤線較低,壩體和斜墻滲透比降均大于允許比降,其他可能發(fā)生滲透變形部位均已設(shè)置了有效的工程措施,因此,滲透穩(wěn)定安全可靠。根據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定,大壩防滲安全等級(jí)應(yīng)為A級(jí)。

        表5 滲透穩(wěn)定計(jì)算成果表Table 5 :Results of seepage stability calculation

        圖2 清河水庫攔河壩設(shè)計(jì)浸潤線圖Fig.2 Designed saturation line of Qinghe water retaining dam

        4 結(jié) 語

        通過對(duì)大壩主體滲透穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算分析,可以判定清河水庫壩體運(yùn)行正常,安全可靠。經(jīng)過50年安全運(yùn)行,壩體變形已經(jīng)平穩(wěn),通過壩體定期檢查監(jiān)測(cè),沒有發(fā)現(xiàn)異常。布設(shè)在粘土斜墻下游的測(cè)壓管觀測(cè)資料表明,壩體10年前已基本完成大部分沉降,最大達(dá)85.00%,后5年沉降趨于平穩(wěn),最大沉降僅為9.00%,沉降值在0~8 mm,足以證明上述穩(wěn)定復(fù)核分析是符合實(shí)際運(yùn)行情況的。

        [1]SL274-2001,碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國水利水電出版社.

        [2]SL258-2000,水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S].中國水利水電出版社.

        [3]GB50287-99,水利水電工程地質(zhì)勘察與技術(shù)規(guī)范[S].中國水利水電出版社.

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