張 凱

（廣東粵源工程咨詢有限公司,廣東 廣州 510000）

我國眾多中小型水庫受限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)社會條件和技術(shù)要求,同時(shí)缺乏有效管理和維護(hù),致使水庫難以發(fā)揮工程的綜合效益。因此,對水庫進(jìn)行滲流及安全評價(jià),了解及全面掌握水庫大壩的安全狀況,并對病險(xiǎn)水庫及時(shí)采取相應(yīng)的措施,對保證大壩安全運(yùn)行,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展具有非常重要的意義[1]。本文對水庫壩體進(jìn)行滲流和結(jié)構(gòu)安全評價(jià)。

1 工程概況

坷斜水庫興建于1965 年,1966 年竣工并投入使用,主要由大壩、溢洪道、輸水涵管等建筑物組成。水庫集雨面積0.83 km2,總庫容24.07 萬m3,工程等別為Ⅴ等,主要建筑物級別為5級,是一座以灌溉為主,結(jié)合防洪等綜合利用的?。?）型水庫,水庫灌溉面積400畝,保護(hù)下游4200 畝耕地及3500 人口的防洪安全。坷斜水庫的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。大壩為均質(zhì)土壩,壩頂高程84.27 m,最大壩高10.85 m,壩頂長110 m,壩頂寬度5.1 m,上游現(xiàn)狀坡比為1∶2.49,下游現(xiàn)狀坡比為1∶1.90。壩后坡設(shè)置有貼坡反濾排水。校核洪水位84.87 m,設(shè)計(jì)洪水位84.12 m,正常蓄水位81.72 m,死水位73.50 m。

2 滲流安全評價(jià)

滲流安全評價(jià)應(yīng)從建筑物的壩基進(jìn)行考慮,大壩的滲透水流除了浸潤土體外,當(dāng)滲透力大到使水庫壩坡發(fā)生滑動(dòng)、壩基發(fā)生管涌、產(chǎn)生流土等重大滲流事故時(shí),會直接影響大壩的安全運(yùn)行。因此,對已建工程擋水建筑進(jìn)行安全性評價(jià)很有必要。

2.1 評價(jià)方法

滲流安全評價(jià)主要依據(jù)水庫大壩運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的滲流問題、現(xiàn)場安全、地質(zhì)勘察成果及滲流監(jiān)測成果進(jìn)行綜合評價(jià)。

依據(jù)達(dá)西定律的滲流公式,假設(shè)坐標(biāo)系與其滲透的主方向一致,則水頭函數(shù)如下：

式中：H為水頭函數(shù)；X、Z為坐標(biāo)；KX、KZ為主滲透系數(shù)。

非穩(wěn)定滲流時(shí),其定解條件為：

（1）初始條件

（2）邊界條件可分為兩類

1）第一類邊界條件（給定水頭邊界）

2）第二類邊界條件（給定流量邊界）

以上各式中的H0為滲流場內(nèi)的初始水頭函數(shù)值；n為邊界Γ2的外法向；Kn為邊界Γ2的法向滲透系數(shù)。如為穩(wěn)定滲流,則只有邊界條件（2）、（3）式,時(shí)間變量t消失。

2.2 滲流計(jì)算斷面

滲流計(jì)算選擇典型斷面,以實(shí)際壩體斷面處外擴(kuò)線為基礎(chǔ),結(jié)合水庫大壩的現(xiàn)場檢測資料及結(jié)構(gòu)資料,初步設(shè)定斷面的邊界外擴(kuò)線。同時(shí),結(jié)合地質(zhì)勘測成果,擬定大壩最大斷面處作為計(jì)算典型斷面。壩體擬定的典型計(jì)算斷面見圖1。

圖1 大壩滲流計(jì)算典型斷面圖

2.3 計(jì)算工況

大壩滲流計(jì)算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的各種不利情況,可采用下列四種組合：

（1）大壩上游的正常蓄水位與大壩下游的不利水位組合；

（2）大壩上游的設(shè)計(jì)洪水位與大壩下游的不利水位組合；

（3）大壩上游的校核洪水位與大壩下游的不利水位組合；

（4）水庫水位驟降。

大壩滲透穩(wěn)定計(jì)算工況,見表1。

表1 大壩滲流計(jì)算工況及對應(yīng)的水位

2.4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)壩體穩(wěn)定滲流計(jì)算成果,各工況出逸比降小于允許值,壩體滲流浸潤線均在貼坡反濾體處溢出,滲流出逸比降均小于允許值。

壩體在各工況下滲流浸潤線計(jì)算成果見圖2～圖5。水庫大壩壩體穩(wěn)定滲流計(jì)算成果見表2。

表2 大壩穩(wěn)定滲流量計(jì)算成果表

圖2 大壩水頭等值線圖（正常蓄水位）

圖3 大壩水頭等值線圖（設(shè)計(jì)洪水位）

圖4 大壩水頭等值線圖（壩頂水位）

圖5 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算斷面圖

3 結(jié)構(gòu)安全評價(jià)

3.1 計(jì)算方法

結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定復(fù)核依據(jù)簡化的Bishop法,用最小安全系數(shù)的簡捷法計(jì)算壩體邊坡的圓弧。壩體的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定計(jì)算選擇典型斷面,以實(shí)際壩體斷面處外擴(kuò)線為主,結(jié)合水庫大壩的現(xiàn)場檢測資料及結(jié)構(gòu)資料,初步設(shè)定的工況見表3。

表3 大壩計(jì)算工況及計(jì)算內(nèi)容一覽表

3.2 計(jì)算結(jié)果

大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表4,壩坡最不利滑弧位置圖見圖6～ 圖9。

圖6 上游壩坡抗滑穩(wěn)定滑弧圖（工況1）

圖9 下游壩坡抗滑穩(wěn)定滑弧圖（工況2）

表4 大壩壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表4可知,正常運(yùn)用情況,設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期（有效應(yīng)力法）,下游壩坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.09,而壩坡穩(wěn)定系數(shù)的規(guī)范要求值為1.25。在非正常運(yùn)用條件下,校核水位超過壩頂高程,不能滿足大壩的壩坡安全。

圖7 下游壩坡抗滑穩(wěn)定滑弧圖（工況1）

圖8 上游壩坡抗滑穩(wěn)定滑弧圖（工況2）

4 結(jié)論

（1）水庫大壩下游設(shè)置有貼坡反濾體,現(xiàn)狀下游壩坡有較多灌木,對大壩的滲流穩(wěn)定有影響,但對大壩的安全影響不嚴(yán)重。

（2）結(jié)合滲流計(jì)算分析情況,壩體浸潤線未超過設(shè)計(jì)值,滲漏量總體較少,大壩的滲流壓力與滲流量變化規(guī)律基本正常,滲流出逸比降均小于允許值。

（3）根據(jù)地質(zhì)勘察,壩基滲漏及繞壩滲漏的可能性較小,溢洪道及輸水設(shè)施未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

（4）正常運(yùn)用情況下,設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期（有效應(yīng)力法）,下游壩坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.09,而壩坡穩(wěn)定系數(shù)的規(guī)范要求值為1.25。在非正常運(yùn)用條件下,校核水位超過壩頂高程,不能滿足大壩的壩坡安全。