王清君

(北票市高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)管理辦公室，遼寧 北票 122113)

0 引言

圖1 大壩防滲結(jié)構(gòu)圖

1 工程概況

遼寧獨崗寺水利樞紐工程屬于大(Ⅰ)型，主壩為土石壩，全場538 m，壩頂寬度8.0 m，底部寬度18.2 m，最大壩高35 m，壩基采用混凝土防滲墻和帷幕灌漿處理，心墻設(shè)計為粘土心墻，整個大壩的防滲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示。本項目大壩心墻反濾料分為兩層，其不同級配土料和厚度對滲透性有著重要影響，在此主要針對該參數(shù)進行優(yōu)化分析。

2 反濾層厚度和粒度組成對滲流特征影響模擬分析

由于粘土心墻土石壩分為飽和、飽和-非飽和兩種滲流狀態(tài)，因此我們通過設(shè)置不同參數(shù)分情況模擬分析。

2.1 飽和滲流模擬分析

2.1.1 模擬參數(shù)設(shè)計

在此利用Geo-Studio軟件對土石壩飽和滲流進行模擬分析，結(jié)合相關(guān)實際工程數(shù)據(jù)，各區(qū)域滲透系數(shù)見表1所示。反濾料厚度組合模擬方案詳見表2所示，其他參數(shù)完全一致[1]。

表1 各區(qū)域材料模擬滲透系數(shù)k

表2 獨崗寺土石壩粘土心墻反濾料厚度組合模擬方案

2.1.2 不同厚度組合模擬結(jié)果分析

(1)由模擬結(jié)果分析：設(shè)計的上述11種反濾料厚度組合方案，大壩總體滲透系數(shù)k均處于10-5量級上，心墻最大出逸比降值為1.24，對于粘土心墻來說該參數(shù)已經(jīng)完全滿足安全穩(wěn)定性要求；

(2)由圖2所示的兩層反濾料不同厚度組合方案心墻出逸比降曲線圖可知：無論何種水位下，隨著第一層反濾料厚度增加，心墻出逸比降在逐漸增加，增長曲線基本為一條直線。以正常水位為例，出逸比降平均增長率為1.5×10-5。相對來說正常水位增長幅度最小，不過差距不大[2]；

(3)由圖3所示的兩層反濾料不同厚度組合方案反濾料出逸比降曲線圖可知：當(dāng)?shù)谝粚臃礊V料由0.5 m增至1.5 m時，出逸比降增幅約為20%。當(dāng)其厚度由1.5 m增至2.5 m時，出逸比降增幅約為50%，增幅增長顯著。相比于第一層反濾料，第二層反濾料的出逸比降總增長量較小。

具有工業(yè)價值的外生鉬礦床主要有：(1)產(chǎn)于煤系地層中的鉬礦床；(2)產(chǎn)于碳質(zhì)粘土巖及碳、硅質(zhì)粘土巖(即黑色頁巖)中的鉬礦床；(3)固體瀝青頁巖中的鉬礦床等。這些外生鉬礦床中，主要是與碳質(zhì)有機成分密切相關(guān)，而且往往和鈾、釩、鍺等有用元素共生。但是由于其中含鉬較貧而且賦存狀態(tài)復(fù)雜，所以目前還未能有效提取，只能作為將來研究利用的對象。

綜合分析：在飽和滲流狀態(tài)下，反濾料總厚度一定，第一層反濾料厚度越小，第二層反濾料厚度越大，越有利于提高心墻防滲性[3]。

圖2 心墻出逸比降與反濾料厚度組合關(guān)系曲線

圖3 反濾料出逸比降與反濾料厚度組合關(guān)系曲線

2.1.3 不同粒度組合模擬結(jié)果分析

為了模擬兩層反濾料不同粒度下對壩體飽和滲流影響(厚度組合為6#方案：第一層反濾料1.5 m，第二層反濾料1.5 m)，在此共設(shè)計了如下4種粒度方案：1細+2細，1粗+2細，1細+2粗，1粗+2粗(粗粒徑為2～5 mm；細粒徑為小于2 mm)，具體模擬結(jié)果見圖4所示[4]。

由圖4可知：①當(dāng)?shù)诙臃礊V料均為細粒徑時，改變第一層反濾料粒徑，心墻出逸比降基本沒變化；②保持第一層反濾料粒徑，第二層反濾料粒徑由細變粗時，心墻出逸比降顯著減小。

綜合分析：在兩層反濾料厚度組合一定情況下，保持第二層反濾料為粗粒徑，可以有效減小心墻出逸比降。究其原因是當(dāng)反濾料經(jīng)壓實后，粗料孔隙基本被充滿且固定，此時反濾料的滲透破壞類型屬于“流土型”，其抗?jié)B安全穩(wěn)定性遠好于“管涌型”[5]。

圖4 出逸比降和粒度變化關(guān)系曲線

2.2 飽和—非飽和滲流模擬分析

2.2.1 模擬參數(shù)設(shè)計

在此利用Geo-Studio軟件對土石壩飽和—非飽和滲流進行模擬分析，結(jié)合相關(guān)實際工程數(shù)據(jù)，各區(qū)域滲透系數(shù)見表3所示。反濾料厚度組合模擬方案與飽和滲流模擬一致，在此不再詳述。

表3 各區(qū)域材料模擬滲透系數(shù)k

2.2.2 不同厚度組合模擬結(jié)果分析

(1)由圖6模擬結(jié)果可知：在反濾料總厚度一定的情況下，隨著第一層反濾料厚度的逐漸增加，正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，心墻出逸比降總體趨勢在下降，中間存在一定波動；校核洪水位時，心墻出逸比降基本沒有太大變化，還有一些上升[6]；

(2)當(dāng)?shù)谝粚臃礊V料厚度大于1.5 m時，心墻出逸比降波動明顯減小，基本穩(wěn)定在1.61～1.64范圍內(nèi)，其中正常蓄水位最穩(wěn)定，基本穩(wěn)定在1.61～1.62范圍。

綜合分析：在飽和—非飽和滲流狀態(tài)下，反濾料總厚度一定，第一層反濾料應(yīng)大于1.5 m，最適合厚度在2.2 m左右。這一結(jié)論與前文的飽和滲流狀態(tài)模擬結(jié)果正好相反。

第一層反濾料厚度(m)圖5 心墻出逸比降與反濾料厚度組合關(guān)系曲線

2.2.3 不同粒度組合模擬結(jié)果分析

為了模擬兩層反濾料不同粒度下對壩體飽和-非飽和滲流影響(厚度組合為6#方案：第一層反濾料1.5 m，第二層反濾料1.5 m)，在此共設(shè)計了如下4種粒度方案：1細+2細，1細+2粗，1粗+2細，1粗+2粗(粗粒徑為2～5 mm；細粒徑為小于2 mm)，具體模擬結(jié)果見圖6所示[7]。

圖6 出逸比降和粒度變化關(guān)系曲線

由圖6可知：①當(dāng)粒度組合方案為1細+2細和1粗+2粗時，第一層和第二層反濾料的出逸比降均處于較大值，在1.166左右，此時心墻出逸比降處于中間位置，大概1.162 5～1.164之間；②當(dāng)粒度組合方案為1細+2粗時，心墻和第二層反濾料出逸比降值均最小，約為1.161 6，而第一層反濾料出逸比降約為1.164；③當(dāng)粒度組合方案為1粗+2細時，第一層和第二層反濾料出逸比降處于低位，約為1.161 5，但心墻出逸比降達到了最大值，約為1.166。

綜合分析：在兩層反濾料厚度組合一定情況下，1細+2粗的粒徑組合，可以有效降低水流沖蝕力度，反濾料滲透破壞類型被限定為“流土型”，其抗?jié)B安全穩(wěn)定性遠好于“管涌型”[8]。

3 結(jié)語

由上述研究可知：反濾料的不同組合對大壩出逸比降有著明顯影響，而且由于水力條件處于不斷變化中，需要綜合多種工況來考慮相關(guān)設(shè)計問題。本文通過模擬分析，在綜合考慮兩種滲流狀態(tài)下，建議獨崗寺土石壩粘土反濾料厚度組合為：第一層1.5 m，第二層1.5 m；建議粒度組合為：1細+2粗。在此需注意：本文只是通過電腦模擬軟件給出了相關(guān)設(shè)計值，存在條件設(shè)計過于簡單、理想化的缺點，在實際設(shè)計時還需要結(jié)合工程實際條件作適當(dāng)調(diào)整，否則可能無法達到理想水平。