對水庫壩基滲流穩(wěn)定分析及控制

張之成，蘇長剛

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江157000)

對水庫壩基滲流穩(wěn)定分析及控制

張之成，蘇長剛

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江157000)

根據(jù)勘探和現(xiàn)場試驗(yàn)，某水庫壩基滲漏的原因是建庫時(shí)沒有消險(xiǎn)或沒有進(jìn)行處理的基巖表部全風(fēng)化帶上部松散土層，滲透變形類型判別為管涌。依此對水庫土壩壩基進(jìn)行滲流分析及穩(wěn)定計(jì)算。

滲漏量;滲透變形;臨界水力比降;允許比降;穩(wěn)定計(jì)算

1 壩基滲漏量計(jì)算

壩基滲漏量計(jì)算分4個(gè)方面進(jìn)行介紹:

1.1 工程運(yùn)行狀況

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查測繪，勘測期間沒有發(fā)現(xiàn)集中滲漏點(diǎn)，滲漏水流不明顯，壩前近壩趾處地面多為陰濕或?yàn)闈竦兀瑵竦刂饕植加诖髩吻坝也浚孛骊帩窈蜐竦叵涤蓧位鶟B漏所致。

根據(jù)勘探和現(xiàn)場試驗(yàn)，壩基滲漏的層位是建庫時(shí)沒有清除或沒有進(jìn)行處理的基巖表部全風(fēng)化帶上部松散土層。

1.2 滲漏量計(jì)算公式

計(jì)算公式為:

式中:K為滲透系數(shù)，m/d;B為滲漏段長度，m;M為滲透層平均厚度，m;H為上下游水頭差，m;2b為防滲體寬度，m。

1.3 參數(shù)的選定

1)K:取第四系松散覆蓋層和全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化帶加權(quán)平均值:

2)H:H=98.40(興利水位)-93.5(地下水位)=4.9 m。

3)M:M=2.1+3.5=5.6m。

4)2b:取2b=48 m(取自設(shè)計(jì)部門壩體剖面圖)。

5)B:B=210 m。

1.4 計(jì)算結(jié)果

壩基總滲漏量Q=10 143 m3/a。占河流年平均徑流量(17 76.2萬m3)的 0.06%，占興利庫容(56.35萬m3)的1.8%。

2 滲透變形類型的判別

鉆探中，取壩基粗粒土——含細(xì)粒土礫的擾動(dòng)樣一個(gè)，進(jìn)行土工試驗(yàn)分析，顆粒分析成果見圖1。

圖1 壩基粗粒土顆粒分析成果圖

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287—99)，滲透變形類型的判別見表1。

表2 壩基粗粒土滲透變形類型分析表

類比分析，取孔隙率n=0.38。所以有:

滲透變形類型為管涌。

3 臨界水力比降計(jì)算

采用計(jì)算公式:

式中:Jcr為土的臨界水力比降;d5為占總土重5%的土粒粒徑，mm，查圖為0.028;d20為占總土重20%的土粒粒徑，mm，查圖為0.08;Gs為土的顆粒密度與水的密度之比，取試驗(yàn)平均值2.68;n為土的孔隙率，取砂類土的平均值0.38。

計(jì)算結(jié)果Jcr=0.49。

4 允許比降的確定

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287—99)，本次取安全系數(shù)2.0，并參考“無黏性土允許水力比降經(jīng)驗(yàn)值表M”，建議允許水力比降J允許=0.24。

5 壩基滲漏穩(wěn)定計(jì)算

本次對壩體做滲流穩(wěn)定分析時(shí)，為偏于安全考慮，將壩基假定為不透水壩基。對壩基做滲流穩(wěn)定分析時(shí)，為偏于安全考慮，將壩基按透水壩基計(jì)算，且透水層厚度按地質(zhì)提供的M=2.65 m。

計(jì)算公式采用《土壩設(shè)計(jì)》上冊(水利電力出版社)。下游壩基逸出坡降計(jì)算公式:

式中:J為下游壩基逸出點(diǎn)滲透坡降;H為壩上游水深，m;h0為壩下游水深，m;L為上游水面與壩坡交點(diǎn)至下游壩腳水平長度，m;m1為上游壩坡度系數(shù)，m=ctgθ;T為壩基下有效透水深度，m;e為自然對數(shù)，e≈2.71828;x為計(jì)算點(diǎn)距下游壩腳的距離，m。本次設(shè)計(jì)取x=0.20 m。

本次設(shè)計(jì)對壩基的滲透穩(wěn)定計(jì)算分別按3種情況進(jìn)行分析計(jì)算，分別為:

1)正常蓄水位情況，上游水位為98.40 m;

2)設(shè)計(jì)洪水位情況，上游水位為98.66 m;

3)校核洪水位情況，上游水位為100.65 m。

計(jì)算結(jié)果見表2所示。

表2 壩基滲透坡降計(jì)算成果表

從表2計(jì)算結(jié)果分析可知，壩下游計(jì)算點(diǎn)處的滲透坡降可滿足滲透穩(wěn)定要求。

6 結(jié)語

對水庫壩基滲流穩(wěn)定分析過程中，要充分具備水庫庫區(qū)地質(zhì)情況，壩基地質(zhì)柱狀圖，水庫不同設(shè)計(jì)水位及不同設(shè)計(jì)水位運(yùn)行情況的壩體浸潤線，同時(shí)需要具備壩體、壩基巖土物理性指標(biāo)。

對水庫壩基滲透坡降大于允許滲透坡降時(shí)，需對水庫壩基采取工程防治措施。工程措施:①上游壩腳前做黏土防治鋪蓋，長度與厚度要滿足設(shè)計(jì)要求;②對壩基采取帷幕灌漿，通過混凝土防滲帷幕來減少或阻斷壩基滲流。

［1］水利電力部第五工程局.土壩設(shè)計(jì):上冊［S］.北京:水利電力出版社，1978:198.

［2］牡丹江市水利勘測設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省林口縣東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告書［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，2011.

TV223.6

B

1007-7596(2012)02-0140-02

2011-08-25

張之成(1968-)，男，工程師;蘇長剛(1981-)，男，工程師。