某兩面擋水土石壩滲流穩(wěn)定分析

劉 悅

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

近些年，隨著深圳市飲用水水庫水質(zhì)保障類項目的實施，通過在庫區(qū)內(nèi)修建兩面擋水土石壩將入庫污染雨水和主庫區(qū)飲用水進行物理隔離，兩面擋水土石壩的滲流情況將直接影響主庫飲用水水質(zhì)。因此，有必要分析壩體的滲流情況，以便進一步分析對水庫水質(zhì)產(chǎn)生的影響。

1 項目概況

深圳某水質(zhì)保障工程兩面擋水土石壩的上游側(cè)為生態(tài)庫區(qū)，最低水位21.0 m，最高水位24.9 m；下游側(cè)為主庫區(qū)，汛限水位為22.70 m，正常蓄水位28.70 m，設(shè)計洪水位28.80 m，校核洪水位29.29 m，壩頂高程31.0 m，防浪墻頂高程32.0 m，壩線總長416.2 m，最大壩高14.0 m[1]。

受施工條件限制，25.0 m高程以下壩體只能在水下進行填筑，因此壩體兩側(cè)水下填筑土石圍堰，中間形成干地施工條件，壩體采用混凝土防滲心墻土石壩，混凝土防滲墻底部深入殘積土5 m，混凝土防滲墻兩側(cè)1.5 m范圍采用黏土填筑作為防滲墻的二次保護。壩體斷面型式見圖1。

圖1 壩體斷面圖

2 土石壩滲流分析

2.1 滲流分析原理

土石壩滲流分析的理論基礎(chǔ)為達(dá)西定律。達(dá)西定律與連續(xù)方程結(jié)合，從而得到穩(wěn)定滲流的微分方程式：

(1)

式中：kx，ky，kz為3個滲透主軸方向上的滲透系數(shù)；h為水頭函數(shù)。

在本文中，將土石壩滲流問題簡化為二維滲流問題(X-Z面)，從而穩(wěn)定滲流方程為[2]：

(2)

2.2 滲流分析計算工況

滲流計算選取的基本工況見表1。

表1 各工況滲流計算水位組合表

2.3 滲流計算參數(shù)取值

各部分的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 材料物理力學(xué)參數(shù)

注：黏性土允許滲透比降可取2.5～5.0[3]。

2.4 Geo-Studio軟件計算結(jié)果

2.4.1 軟件介紹

有限元分析軟件Geo-Studio2012是20世紀(jì)70年代由加拿大著名的巖土軟件開發(fā)商Geo-Slope公司面向巖土工程、水利工程、地質(zhì)工程以及公路工程等相關(guān)領(lǐng)域開發(fā)的一套仿真分析軟件[4]。本文主要利用Seep/w模塊實現(xiàn)土石壩壩體滲流數(shù)值模擬。

2.4.2 計算結(jié)果

各工況滲流穩(wěn)定計算結(jié)果見圖2-圖6。

圖2 工況一：滲流量、水力坡降等值線圖

圖3 工況二：滲流量、水力坡降等值線圖

圖4 工況三：滲流量、水力坡降等值線圖

圖5 工況四：T=0時滲流量、水力坡降等值線圖

圖6 工況四：T=15時滲流量、水力坡降等值線圖

各工況下滲流量及出逸處水力坡降計算結(jié)果見表3。

表3 滲流穩(wěn)定計算結(jié)果

3 結(jié) 語

根據(jù)上述計算結(jié)果，防滲心墻采用混凝土防滲墻防滲較為合理。在各工況下，滲流量均較小，可將生態(tài)庫區(qū)帶有污染的雨水和主庫區(qū)飲用水進行有效的隔離。

Geo-Studio軟件極大方便了滲流的計算、滲流量的估算，給相關(guān)專業(yè)提供存在物理隔離后水污染程度分析的重要依據(jù)。

本工程兩面擋水土石壩壩體型式在各工況下，出逸點滲透比降均較小，滲流量均較小，選取該壩型作為物理隔離是可行的。