吉仁力瑪水庫大壩滲流及壩坡穩定分析

邰春亮

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 832000）

1 概況

吉仁力瑪水庫是新疆維吾爾自治區麥蓋提縣境內的一座引水注入式中型平原水庫，通過五零渠的五零總閘引取葉爾羌河河水存蓄于庫內用于調節下游灌溉和人畜飲水。麥蓋提縣地處喀喇昆侖山北麓，塔克拉瑪干大沙漠西南邊緣。南鄰莎車縣，北接巴楚縣，西接岳普湖縣。

吉仁力瑪水庫始建于1959年，1960年時蓄庫庫容達1600萬m3，1966年建成放水閘，1968年完成庫容3200萬m3，其中有效庫容2700萬m3。水庫在1987年、1990年、1996年曾多次進行除險加固和擴建，1996年除險加固完成后，水庫庫容為3500萬m3，其中有效庫容3000萬m3，死庫容500萬m3。2003年5月，完成了對吉仁力瑪水庫大壩首次安全鑒定工作。2005年5月至當年12月再次完成了水庫的除險加固，水庫總庫容3500萬m3，興利庫容3000萬m3。水庫正常蓄水位1169.20 m，死水位1165.10 m。淹沒面積13.8 km2，控制灌溉面積24.32萬畝。水庫建筑物包括土壩、放水涵洞、放水渠及配套建筑物等。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）規定，吉仁力瑪水庫工程規模為中型工程，工程等別為Ⅲ等。建筑物級別：主要建筑物為3級，次要和臨時建筑物級別為4級。

工程區地震基本烈度根據國標GB 18306-2015(1∶400萬)《中國地震動參數區劃圖》劃分，50年超越概率10%的地震動峰值加速度a=0.1 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

2 滲流計算

2.1 計算原理和方法

滲流安全評價原理如下：砂礫石層包括砂層、砂礫石層、礫卵石層等的滲透穩定性，應根據土的類型及其顆粒級配等情況判別滲透變形形式，核定其相應的允許滲透比降，與工程實際滲透比降相比，判斷滲流出口有無管涌或流土破壞的可能性，以及滲流場內部有無管涌、接觸沖刷等[1]。

穩定滲流計算采用北京理正《滲流分析軟件》6.0版本進行計算，程序采用有限元分析法求解滲流方程。

式中：H為滲流場的水頭函數；P為水壓力；γ為水容重；Kx、Ky分別為土的滲透方向滲透系數。

2.2 計算基本資料

計算斷面選取：大壩上游1∶8土緩坡均質壩體防滲標準剖面圖W4+000（均質土壩）和大壩滲漏嚴重的高壩段土工膜斜墻結合壩基深層攪拌防滲樁墻防滲標準剖面圖E2+000（面板壩+防滲樁墻）。

滲透系數的選取根據實驗和勘察成果取值于見表1。

表1 滲透系數表 單位：cm/s

2.3 壩基滲流計算成果表

E2+000、W4+000處滲流量、出逸點比降見表2，壩體的浸潤線、滲流流網圖和比降圖見圖1～圖4。根據計算的單位滲透量，可估算大壩的年總滲流量，大壩的年總滲流量為15.98萬m3（全年按100天蓄水到正常設計水位考慮）。

表2 滲流計算結果表

根據計算成果來看，水庫壩基低液限粉土產生滲透變形的允許比降為0.46（取自地勘資料），下游壩基滲透比降為0.10~0.14，因此壩體不會發生滲透破壞。滲流計算簡圖見圖1~圖4。

圖1 E2+000斷面流網圖

圖2 W4+000斷面流網圖

圖3 E2+000斷面各點比降值圖

圖4 W4+000斷面各點比降值圖

3 壩坡穩定計算

3.1 計算工況選擇

壩坡穩定計算復核主要是復核壩體的邊坡穩定情況，計算時，選擇三種典型斷面E0+050、E0+400和E1+600作為計算斷面，進行邊坡穩定性復核。

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001），按以下三種控制工況進行壩坡抗震穩定分析計算。求出抗滑穩定安全系數，并根據抗滑穩定最小安全系數判斷是否具有足夠的穩定性。

（1）穩定滲流期（正常蓄水位1169.20 m）的上、下游壩坡——正常運用條件；

（2）水位驟降期（由正常蓄水位1169.20 m快速降至死水位1165.10 m）的上游壩坡——非常運用條件Ⅰ；

（3）穩定滲流期（正常蓄水位1169.20 m）+VII度地震的上、下游壩坡——非常運用條件Ⅱ[2]。

采用中國水利水電科學研究院出版的《土質邊坡穩定分析程序》（STAB 2008）進行計算。

3.2 計算方法

采用計算條塊間作用力的簡化畢肖普法，計算中，抗剪強度指標采用有效應力法加以確定，并以對數形式的非線性強度指標進行計算[2]。

3.3 參數采用

計算壩坡穩定分析選取的計算參數采用地勘資料，勘察土層試驗成果見表3。

表3 壩坡穩定分析計算參數表

3.4 計算結果

壩坡穩定分析計算成果見表4，壩坡穩定計算圖見圖5～圖13。

表4 壩坡抗滑穩定計算最小安全系數

圖5 W4+000斷面下游壩坡穩定計算圖（穩定滲流期）

圖6 W4+000斷面下游壩坡穩定計算圖（水位驟降）

圖7 W4+000斷面下游壩坡穩定計算圖（Ⅶ度地震）

圖8 E2+000斷面上游壩坡穩定計算圖（穩定滲流期）

圖9 E2+000斷面下游壩坡穩定計算圖（穩定滲流期）

圖10 E2+000斷面上游壩坡穩定計算圖（水位驟降）

圖11 E2+000斷面下游壩坡穩定計算圖（水位驟降）

圖12 E2+000斷面上游壩坡穩定計算圖（Ⅶ度地震）

圖13 E2+000斷面下游壩坡穩定計算圖（Ⅶ度地震）

水庫大壩在穩定滲流期和穩定滲流期+Ⅶ度地震的上下游壩坡抗滑穩定安全系數最小值均大于規范規定的最小安全系數，水位降落期的上游壩坡抗滑穩定安全系數最小值大于規范規定的最小安全系數。結合目前實際運行情況，大壩壩坡是穩定的，上下游壩坡抗滑穩定滿足《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）要求。

5 結語

1)按有限元數值分析法計算的各工況的壩體壩基滲透坡降均小于允許坡降；但壩體及壩基滲流量稍大，考慮目前水庫為20世紀60年代建造的“三邊工程”，經多次除險加固后，計算出滲流量與實際滲流情況相符。

2)依據《水庫大壩安全評價導則》SL 258-2017，可認為該工程的滲流性態是安全的，應評定為B級。

3)根據《水庫大壩安全評價導則》中有關標準評價，吉仁力瑪水庫大壩整體穩定滿足規范要求，認為大壩結構基本安全，其結構安全性評定為B級。

4）對于大壩下游地面滲水點，應加強觀測，尤其水庫高水位運行期，建議對壩后滲水區域進行清除覆蓋層并增加蓋重措施；水庫管理運行單位應根據監測制度對壩體變形、滲流、庫水位進行監測，對監測資料進行整編并存檔；管理單位應每年組織專家對水庫的觀測成果進行評審。