張 軍

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

在西北新疆干旱地區(qū)，由于水資源缺乏，對于引水注入式水庫，更注重水庫大壩的滲流量。引水注入式水庫的水源常通過長距離引水渠道、 管線等建筑物輸送，水源變得更為珍貴，水價也變得更高，滲流量也成為建設單位關注點之一。

目前，土石壩滲流及壩坡穩(wěn)定通常采用AutoBANK軟件計算滲流及壩坡穩(wěn)定。 朱全敏等［1］采用AutoBank 軟件計算圍堰的滲流及邊坡穩(wěn)定，獲得良好的計算結果；吳湘利等［2］運用AutoBank 軟件計算土石壩加固后的滲流及壩坡穩(wěn)定，結果可行；林淏圣［3］提出AutoBank 軟件計算邊坡穩(wěn)定應注意的問題，供邊坡計算參考；楊學倩等［4］運用AutoBank 軟件建立土石壩計算斷面，獲得良好計算結果；姚煥軍等［5］采用AutoBank 軟件對水庫壩肩繞壩滲流進行計算，提出良好處理結果。 本文克拉瑪依綠化水庫工程采用AutoBANK軟件計算大壩的滲流及壩坡穩(wěn)定，為壩體斷面設計提供依據，為類似工程設計提供參考。

1 工程概況

克拉瑪依市綠化水庫工程承擔克拉瑪依市中心城區(qū)綠地系統(tǒng)灌溉供水調節(jié)任務。 水庫總庫容791.1萬m3，壩型采用瀝青心墻壩，最大壩高23.5m。為Ⅳ等工程，工程規(guī)模為?。?）型。大壩、節(jié)制進水閘及放水洞為4級建筑物； 綠化水庫為引水注入式水庫，水庫周邊無洪溝，不考慮洪水設防標準。 建筑物抗震烈度7°，動峰值加速度0.1g。

壩址地面高程350～375m。 表層為砂礫石覆蓋層，厚度1.0～5.0m，下伏砂巖、泥巖。 強風化層厚1.0～5.0m，弱風化層厚2.0～13.0m，巖體透水率小于5 Lu，界限一般在5～15m。

大壩三面填筑，采用瀝青心墻壩，壩頂高程363.40m。 壩長2806.44m。 壩頂寬度，6.0m。 上游壩坡1∶2.25，下游壩坡1∶2.0，瀝青混凝土心墻壩主要由防滲心墻、心墻下游過渡料區(qū)、上、下游壩殼砂礫料區(qū)、下游排水料區(qū)及下游棄土蓋重區(qū)組成。 壩殼砂礫料最大粒徑60mm，小于5mm粒徑含量60.08%，小于0.075mm顆粒含量10.75%，滲透系數4.9×10-3cm/s，摩擦角31°。

2 壩體滲流計算

本工程大壩采用河海大學編制的 《水工結構分析系統(tǒng)》（AutoBANK6.10）進行計算，確定黏土心墻壩體浸潤線及其下游逸出點的位置，分析壩體滲流穩(wěn)定； 確定壩體與地基滲流量，以便估計水庫滲漏損失；確定壩坡出逸段的出逸比降，判斷該處的滲透穩(wěn)定性。

2.1 計算方法

大壩二維滲流計算如式（1）：

其中水頭、流量、自由面邊界條件計算如式（2）～式（4）：

穩(wěn)定滲流有限元計算如式（5）：

式中 kx，ky分別為x，y方向的滲透系數；H為飽和—非飽和水流總水頭；［K］滲透矩陣。

2.2 計算工況與參數

由于本工程為引水注入式水庫，周邊為無洪溝，且水庫任務單一，根據規(guī)范SL274—2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，計算工況為： 上游正常蓄水位361.0m，下游相應最低水位340.5m。

壩殼料、 心墻料、 基巖滲透系數采用本次試驗值。 根據試驗，滲透系數?。簤螝ち?Ks=4.9×10-3cm/s；心墻Ks=1.0×10-8cm/s；過渡料Ks=1×10-3cm/s；帷幕灌漿Ks=1×10-7cm/s；基巖Ks=2.5×10-4cm/s；

2.3 壩體、壩基滲透變形類別

壩體填筑料為東湖東北部料場砂礫石。 按DL/T5395—2007《碾壓式土石壩設計規(guī)范》附錄C的方法判別填筑料的滲透變形形式。

據東湖料場砂礫石顆分資料，該料場砂礫石為連續(xù)繼配土，區(qū)分粗粒和細粒粒徑的界限粒徑df=砂礫石料場的界限粒徑0.7mm，相對應的Pc為35%，料場對應的為25.65，均大于Pc，所以東湖東北部料場砂礫石料滲透破壞形式主要為管涌型。 依據地質報告，砂礫石料臨界坡降平均為0.05。 根據GB50487—2008《水利水電工程地質勘察規(guī)范》，允許水力以土的臨界水力坡降除以1.5～2.0安全系數，本工程取2.0安全系數，因此料場砂礫石的允許水力比降可取0.1，本工程選取允許水力比降為0.1。

3 壩坡穩(wěn)定計算

3.1 計算方法

壩坡穩(wěn)定采用河海大學編制的 《土質邊坡穩(wěn)定分析程序》（HH-slope）進行計算，計算方法采用簡化畢肖普法，地震情況采用擬靜力法。計算原理為極限平衡分析方法。

采用有效應力法時，壩坡穩(wěn)定安全系數如式（6）：

采用總應力法時，壩坡穩(wěn)定安全系數如式（7）：

計算公式（6）和（7）中各參數意義見SL274—2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》。

3.2 計算工況與參數

由于本工程為引水注入式水庫，周邊為無洪溝，且水庫任務單一，根據SL274—2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，計算工況如下：

（1）正常蓄水位穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡（有效應力法）。

（2）施工期上下游壩坡（總應力法）。

（3）正常蓄水位穩(wěn)定滲流期+地震的上、下游壩坡（有效應力法）。

壩坡穩(wěn)定計算材料參數如表1。

表1 壩坡抗滑穩(wěn)定計算參數

4 計算結果與分析

4.1 滲流計算結果分析

正常蓄水位工況滲流等勢線及侵潤線如圖1，壩體穩(wěn)定滲流計算結果如表2。

圖1 正常蓄水位壩體等勢線及侵潤線

表2 穩(wěn)定滲流期計算結果

從圖1和表2可以看出，心墻下游出逸點最大比降0.004，小于允許出逸比降，不會發(fā)生滲透變形而破壞。 下游壩坡出逸點最大比降0.025，小于地基土的允許出逸比降，不會發(fā)生滲透破壞。瀝青心墻防滲效果較好，滿足規(guī)范要求。

4.2 壩坡穩(wěn)定計算結果

穩(wěn)定滲流期及施工期壩坡穩(wěn)定計算如圖2～圖4，各工況壩體穩(wěn)定滲計算結果如表3。

圖2 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期壩坡穩(wěn)定計算（無地震）

圖3 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期壩坡穩(wěn)定計算（Ⅷ度地震）

圖4 施工期上下游壩坡穩(wěn)定計算

表3 壩坡抗滑穩(wěn)定計算最小安全系數

從圖2～圖4和表3可看出，經計算各種工況下壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數最小值均大于規(guī)范允許值，大壩上、下游壩坡是穩(wěn)定的。

5 結語

通過AutoBANK軟件對綠化水庫滲流及壩坡穩(wěn)定計算，瀝青心墻下游及下游壩坡出逸點最大比降均小于允許出逸比降，不會發(fā)生滲透變形而破壞，瀝青心墻防滲效果較好，滿足規(guī)范和設計要求。 上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數最小值均大于規(guī)范允許值，大壩上、下游壩坡是穩(wěn)定的。