老馬澗水庫滲流分析及安全評價

宋繼斌，常周梅，常雙梅

(1.靖遠縣職業中等專業學校，甘肅靖遠 730600；2.青海民族大學，青海西寧 810007；3.蘭州城市學院，甘肅蘭州 730070)

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老馬澗水庫滲流分析及安全評價

宋繼斌1，常周梅2*，常雙梅3

(1.靖遠縣職業中等專業學校，甘肅靖遠 730600；2.青海民族大學，青海西寧 810007；3.蘭州城市學院，甘肅蘭州 730070)

摘要對壩體及壩基進行取樣試驗，對老馬澗水庫大壩最大斷面在穩定滲流期的下游坡和庫水位降落期的上游壩坡進行全面的抗滑穩定滲流進行分析，同時利用畢肖普法計算各工況最小安全系數對大壩給予安全評價。研究對水庫的除險加固方案具有重要的指導意義。

關鍵詞土石壩；滲流；畢肖普法；穩定

Laomajian Reservoir Seepage Analysis and Safety Evaluation

SONG Ji-bin1, CHANG Zhou-mei2*, CHANG Shuang-mei3(1.Vocational Middle School of Jingyuan County, Jingyuan, Gansu 730600; 2.Qinghai Nationalities University, Xining, Qinghai 810007; 3.Lanzhou City College, Lanzhou, Gansu 730070)

Abstract The sampling experiment was conducted on dam and dam foundation, comprehensive anti-sliding stability seepage was analyzed on downstream slope of the maximum section of Laomajian Reservoir in the stable seepage period and the upstream dam slope of the water level falling stage, at the same time using Bishop method to calculate the minimum safety coefficient of dam condition and give safety evaluation. The study has an important guiding significance for reservoir reinforcement project.

Key words Earth rock dam; Seepage; Bishop; Stable

1工程概況

老馬澗水庫是一座以蓄水灌溉為主的小(二)型水庫，集雨面積3.80 km2，總庫容15.02萬m3。老馬澗水庫由大壩、溢洪道及輸水設施3部分組成。現狀壩頂高程2 066.00 m，壩高19.00 m，壩頂寬3.50 m，壩長79.00 m，大壩上游坡比1∶1.717，下游坡比1∶2.148。溢洪道位于大壩右岸與邊坡的接合部位，為混凝土矩形斷面，高2.00 m，寬2.40 m，其軸線為折線型，總長約68.50 m。輸水涵洞位于大壩中部壩底，為DN500混凝土管，長約62.00 m。

水庫以當地受益村民自己集資，投工投勞修建而成，由于沒有地勘、測量、技術設計以及工程建設的相關審批手續，施工質量差，造成水庫大壩建成后存在較多病險。2006年8月，水庫出現大壩壩頂開裂和不均勻沉降，現場查勘表明：壩體滲漏，根據壓水試驗數據，其滲透系數K大于2.0×10-3cm/s；上游壩坡是用風化料填筑，無防浪設施，坡面出現多條沖溝；下游坡面上有明顯的侵蝕沖溝，壩腳無排水設施；原有溢洪道斷面尺寸，結構要求不滿足，同時由于受坍塌體(TH2)影響，雨季溢洪道靠山體一側殘坡積層邊坡極易產生坍塌、淤積甚至掩埋溢洪道。

2壩體滲流分析

2.1安全評價標準根據《水庫大壩安全評價導則SL258-2000》規定滲流安全綜合評價標準[1]，A級：當各種巖土材料的實際滲流比降小于規范允許下限，壩基揚壓力小于設計值，且運行中無滲流異常征兆，建筑物的滲流性態安全。B級：當各種巖土材料的實際滲流比降大于規范允許下限，但未超過其上限或同類工程的經驗安全值，壩基揚壓力不超過設計值，有一定滲流異常但不影響安全，建筑物的滲流性態基本安全。C級：當各種巖土材料的實際滲流比降大于規范或經驗類比的上限或破壞值，壩基揚壓力大于設計值，出現嚴重滲流異常現象時，建筑物的滲流性態不安全。

2.2計算斷面及抗滑穩定分析根據對原壩體及壩基進行的取樣試驗結果，大壩壩體為均質土壩，把壩體分為2個滲透區。充分考慮所取土樣位置、試驗結果，結合鉆孔觀察、孔內標貫試驗等條件，壩體、壩基巖土體的物理力學指標如表1所示。

表1　壩體壩基物理力學指標

2.2.1計算工況。根據《碾壓土石壩設計規范》(SL274-2001)[2]，土石壩在蓄水和庫水位降落的各個時期不同荷載下，應分別計算其穩定性[3]。穩定滲流期、水庫水位降落期和正常運用遇地震3種工況，應計算的內容如下：穩定滲流期的上、下游壩坡；水庫水位降落期的上游壩坡；正常運用遇地震的上、下游壩坡。

2.2.2計算方法及斷面。壩體穩定復核計算采用簡化畢肖普圓弧法，按有效應力計算，地震作用力按《水工建筑物抗震設計規范》(SL203-97)中的規定進行計算。計算軟件采用中國水利水電科學研究院編制的《土質邊坡穩定分析程序STAB2009》。按照《小型水利水電工程碾壓土石壩設計導則》(SL189-96)的要求，對大壩最大斷面進行穩定滲流期的下游坡和庫水位降落期的上游壩坡進行全面的抗滑穩定計算[4-6]。大壩橫斷面及材料分區見圖1，壩坡的穩定計算成果見表2。

2.3壩坡抗滑穩定結果及評價上游壩坡在正常工況下抗滑穩定安全系數僅在不考慮地震影響的工況下滿足規范要求，在非正常工況下除了校核洪水位、不遇地震時抗滑穩定安全系數最小Kmin=1.337(大于規范值)外，其余均小于規范值。下游壩坡在任何工況下，抗滑安全系數基本都小于規范要求值，根據文獻[2]規定，該大壩綜合評價為C級，建筑物的滲流性態不安全。大壩抗滑穩定不滿足規范要求，壩體上下游壩坡抗滑穩定性差，不滿足規范要求。

根據壩體注水和壩基壓水試驗成果表明：大壩壩體滲透系數K值在3.09×10-4~1.19×10-1cm/s，均值2.58×10-2cm/s，屬中等～強透水層，不能滿足水庫大壩壩體防滲要求；大壩壩基透水率q值在4.3~35.3 Lu，均值為12.8 Lu，屬中等透水～弱透水層，不能滿足水庫大壩壩基防滲要求；同時，據ZK1及ZK3壩基壓水試驗成果，壩肩基巖透水率q值在14.1~35.3 Lu，屬中等透水～弱透水層，存在繞壩滲漏可能；從壩體注水試驗成果來看，自現壩頂起5.00 m深度范圍內土體滲透系數較大，介于1.11×10-2～1.19×10-1cm/s，為強透水層。結合抗滑穩定結果、原大壩施工情況、地質勘查，對大壩現狀做出如下評價：①壩體填筑質量差，局部不密實，無排水設施，壩體浸潤線位置偏高，影響大壩穩定。②在正常蓄水位、設計水位、校核蓄水位等工況下壩坡的抗滑穩定系數小于規范值。

3結論及建議

根據對現狀壩體壩坡穩定的計算，壩體及上下游壩坡均不滿足抗滑穩定要求，均不滿足規范要求。建議對大壩采取以下工程措施進行加固處理：①建議對壩體及壩基進行帷幕灌漿。②壩體上下游護坡沖刷嚴重，建議在上游設置反濾層和防沖設施，下游增設排水設施。③建議壩頂鋪設彈石路面，向下游傾斜排水。

參考文獻

[1] 水利部大壩安全管理中心.水庫大壩安全評價導則：SL258-2000[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規范：SL274- 2001[S].北京：中國水利水電出版社，2001.

[3] 張啟岳.土石壩加固技術[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[4] 吳誠高，張文捷.鐘陵水庫滲流及穩定性分析[J].科技傳播，2010(20)：173-174.

[5] 戴榮富，李靜，楊立欣，等.水庫大壩滲流分析探討[J].中國水運，2007(10)：71-72.

收稿日期2015-10-23

作者簡介宋繼斌(1974- )，男，甘肅靖遠人，中級教師，從事水工結構耐久性及可靠度研究。*通訊作者，從事水工結構耐久性方面研究。

基金項目青海民族大學校級科研項目青年項目(2015XJZ22)；青海民族大學大學生2015年度創新創業訓練計劃項目(DCXM-2015-018)。

中圖分類號S 277；TV 139.14

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)33-386-02