淺談磨刀坑水庫大壩滲流穩定計算分析

潘金玲

(江門市科禹水利規劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 概 述

根據相關規定要求，水庫大壩每隔幾年都需要組織專門的安全鑒定。因此，每隔幾年，各地就會有一大批水庫需要進行安全評價的工作，安全評價中被評為二類或三類壩的水庫都需要進行除險加固，無論是水庫大壩安全評價還是除險加固項目都需要進行水庫大壩的滲流穩定計算，面對大量的計算工作，如何快速、準確地進行滲流穩定計算，是文章的重要內容[1]。

2 工程實例

2.1 工程概況

磨刀坑水庫位于恩平市橫陂鎮南華村委會管轄區內，水庫集雨面積為3.13km2，水庫的總庫容為311萬m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用的小(1)型水庫。經計算復核，水庫正常蓄水位41.50m(珠基，以下同)，相應庫容278.50萬m3；設計洪水位41.71m(P=3.33%)，相應庫容288萬m3；校核洪水位42.25m(P=0.33%)，相應庫容311萬m3；死水位31.76m，相應庫容31.55萬m3。磨刀坑水庫主要水工建筑物有均質土壩五座，溢洪道一座，輸水涵管一座。由于該水庫大壩數量較多，因此，文章只選取主壩進行分析計算。

2.2 工程地質

主壩壩體土和壩基巖土的空間分布和物理力學特性簡述如下：

填筑土：棕褐色、黃褐色，主要回填泥質粉砂巖殘積土，填土多呈硬塑狀態，壓縮性中等，但土質較松散，密度較低，遇水易崩解，滲透系數k=1.33×10-4cm/s，屬中等透水性。

殘積土：主要由泥質粉砂巖風化殘積形成，干強度中等，韌性低，滲透系數k=9.40×10-4cm/s，屬中等透水性。

全風化泥質粉砂巖：棕褐色、黃褐色，巖芯呈土狀，巖石組織結構已完全破壞，手捏易碎，滲透系數k=4.10×10-5cm/s，屬弱透水性。

強風化泥質粉砂巖：灰黑色、棕褐色，組織結構大多已破壞，錘擊聲啞，用鎬可挖掘。

2.3 滲流計算

1)斷面的選取：本次選取最危險的斷面，即大壩最大壩高斷面進行計算分析。

2)計算參數：具體計算參數詳見表1。

表1 滲透系數參數表

3)計算工況：根據土石壩相關規范，滲流計算工況包括：正常蓄水位工況、設計洪水位工況、校核洪水位工況、校核洪水位降至正常蓄水位工況、正常蓄水位降至死水位工況。

經計算，校核洪水位降至正常蓄水位歷時3 h，而正常蓄水位降至死水位歷時214.37h。

4)計算方法：土壩滲流穩定分析推薦采用河海大學工程力學研究所研發的“水工結構分析系統 AutoBANK7.7”軟件，這個軟件經過升級后，具有如下優點：操作簡單，只需要在“AutoCAD”繪圖軟件中建好模，導入“ AutoBANK7.7”軟件中定義好土層 、水位就可以進行計算；②一次可同時進行多個工況計算；③可同時進行滲流及壩坡穩定計算；④生成的計算書里面有報告所需要的各種附圖，報告編制人員只需要從計算書里把所需的附圖復制到報告中即可，可大大提高工作效率。

計算采用單元格劃分見圖1。

圖1 主壩滲流有限元計算模型圖

5)計算結果：主壩各工況計算結果見表2。

表2 主壩滲流計算成果表

6)滲流安全評價：從以上計算結果可以看出，壩體浸潤線正常，且滲透比降均小于允許水力比降，磨刀坑水庫主壩的滲流性態滿足規范要求，滲流安全評價為A級。

2.4 壩坡穩定計算分析

1)物理力學指標的取值：主壩各項物理力學指標采用同一土層內土樣試驗統計的建議值，穩定滲流期土的抗剪強度指標采用慢剪指標，非穩定滲流期采用固結快剪指標。土層物理力學參數表見表3。

表3 土層物理力學參數表

2)計算方法：根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)，壩體抗滑穩定復核采用簡化畢肖普法。

3)壩坡穩定計算工況：根據土石壩相關規范，壩坡穩定計算工況包括：正常蓄水位穩定滲流下的上下游壩坡；設計洪水位穩定滲流下的上下游壩坡；1/3壩高水位穩定滲流下的上游壩坡；設計洪水位降至正常蓄水位非穩定滲流的上游坡；正常蓄水位降至死水位非穩定滲流的上游坡；校核洪水位穩定滲流下的下游壩坡；校核洪水位降至正常蓄水位非穩定滲流的上游坡。

4)計算結果：壩坡穩定安全系數成果表見表4。

表4 壩坡穩定安全系數成果表

由以上計算結果看出，現狀主壩在各種工況下，大壩壩坡抗滑穩定安全系數均滿足現行設計規范的要求，磨刀坑水庫結構安全性評價為A級。

3 結 語

大壩滲流穩定計算分析是水庫大壩安全評價的一項重要內容，通過滲流穩定計算分析可清楚地知道水庫大壩的安全狀態，為以后的除險加固提供科學的依據，作為一名水利設計人員，在做水庫安全評價項目的時候，需要對水庫各主要建筑物進行細致的現場檢查，搜集充足的資料，并結合地勘、測量、現場安全檢測、計算分析等對水庫各建筑物做出全面、準確的評價，提出合理的建議，而一般來說，水庫大壩安全評價項目時間都是比較緊張的，面對大量的計算工作，采用合理的計算輔助軟件是尤為重要的。