淺談磨刀坑水庫大壩滲流穩(wěn)定計算分析

潘金玲

(江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 概 述

根據(jù)相關(guān)規(guī)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(wěn)定計算，面對大量的計算工作，如何快速、準確地進行滲流穩(wěn)定計算，是文章的重要內(nèi)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(zhèn)南華村委會管轄區(qū)內(nèi)，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(jīng)計算復(fù)核，水庫正常蓄水位41.50m(珠基，以下同)，相應(yīng)庫容278.50萬m3；設(shè)計洪水位41.71m(P=3.33%)，相應(yīng)庫容288萬m3；校核洪水位42.25m(P=0.33%)，相應(yīng)庫容311萬m3；死水位31.76m，相應(yīng)庫容31.55萬m3。磨刀坑水庫主要水工建筑物有均質(zhì)土壩五座，溢洪道一座，輸水涵管一座。由于該水庫大壩數(shù)量較多，因此，文章只選取主壩進行分析計算。

2.2 工程地質(zhì)

主壩壩體土和壩基巖土的空間分布和物理力學(xué)特性簡述如下：

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

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

全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：棕褐色、黃褐色，巖芯呈土狀，巖石組織結(jié)構(gòu)已完全破壞，手捏易碎，滲透系數(shù)k=4.10×10-5cm/s，屬弱透水性。

強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：灰黑色、棕褐色，組織結(jié)構(gòu)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(shù)：具體計算參數(shù)詳見表1。

表1 滲透系數(shù)參數(shù)表

3)計算工況：根據(jù)土石壩相關(guān)規(guī)范，滲流計算工況包括：正常蓄水位工況、設(shè)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(jīng)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(wěn)定分析推薦采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研發(fā)的“水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng) AutoBANK7.7”軟件，這個軟件經(jīng)過升級后，具有如下優(yōu)點：操作簡單，只需要在“AutoCAD”繪圖軟件中建好模，導(dǎo)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(wěn)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(fù)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(jié)果：主壩各工況計算結(jié)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(jié)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(tài)滿足規(guī)范要求，滲流安全評價為A級。

2.4 壩坡穩(wěn)定計算分析

1)物理力學(xué)指標的取值：主壩各項物理力學(xué)指標采用同一土層內(nèi)土樣試驗統(tǒng)計的建議值，穩(wěn)定滲流期土的抗剪強度指標采用慢剪指標，非穩(wěn)定滲流期采用固結(jié)快剪指標。土層物理力學(xué)參數(shù)表見表3。

表3 土層物理力學(xué)參數(shù)表

2)計算方法：根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)，壩體抗滑穩(wěn)定復(fù)核采用簡化畢肖普法。

3)壩坡穩(wěn)定計算工況：根據(jù)土石壩相關(guān)規(guī)范，壩坡穩(wěn)定計算工況包括：正常蓄水位穩(wěn)定滲流下的上下游壩坡；設(shè)計洪水位穩(wěn)定滲流下的上下游壩坡；1/3壩高水位穩(wěn)定滲流下的上游壩坡；設(shè)計洪水位降至正常蓄水位非穩(wěn)定滲流的上游坡；正常蓄水位降至死水位非穩(wěn)定滲流的上游坡；校核洪水位穩(wěn)定滲流下的下游壩坡；校核洪水位降至正常蓄水位非穩(wěn)定滲流的上游坡。

4)計算結(jié)果：壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)成果表見表4。

表4 壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

由以上計算結(jié)果看出，現(xiàn)狀主壩在各種工況下，大壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求，磨刀坑水庫結(jié)構(gòu)安全性評價為A級。

3 結(jié) 語

大壩滲流穩(wěn)定計算分析是水庫大壩安全評價的一項重要內(nèi)容，通過滲流穩(wěn)定計算分析可清楚地知道水庫大壩的安全狀態(tài)，為以后的除險加固提供科學(xué)的依據(jù)，作為一名水利設(shè)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(xiàn)場檢查，搜集充足的資料，并結(jié)合地勘、測量、現(xiàn)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。