基于AutoBank軟件的水庫大壩滲流穩定安全鑒定

王玉潔

摘? ? 要：水庫大壩經過多年運行，應對其進行安全評價，其中，滲流穩定安全是評價中的一項重要內容。本文通過AutoBan7.7水工設計軟件的滲流分析功能、穩定分析功能，結合云州水庫大壩安全評價工程，計算在正常運行條件和非常運行條件下的滲流穩定。并結合現場檢查觀測分析對比，驗證計算結果的準確性。

關鍵詞：云州水庫;AutoBank軟件;滲流穩定;安全評價

1? 工程概況

云州水庫位于河北省張家口市赤城縣云州鎮 3km 處，距赤城縣城20km，系潮白河主要支流白河上的一座以防洪為主，結合灌溉、發電的大（2）型水利樞紐工程。壩址以上控制流域面積1170.0km2，總庫容1.02億立方米。水庫100年一遇洪水設計水位1034.57m、2000年一遇洪水校核水位1038.48m。1972年水庫初建完成，主要建筑物包括主壩、泄洪洞、發電輸水洞及壩后式電站。主壩能否在各個運行條件下安全運行對下游保護對象安全至關重要。

2? 現場滲流檢查結果

對云州水庫主壩建筑物進行了現場檢查。滲流安全檢查部位主要包括主壩、壩基、壩趾近區、壩端及壩端岸坡。

主壩迎水坡無冒泡、變渾或漩渦等異常現象，背水坡及壩趾無散浸、冒水、滲水坑、管涌等現象;壩后外引排水溝完好，排水溝無明流。壩后沒有異常;兩岸壩體與岸坡連接處無滲水現象;兩岸繞壩滲流無異常現象;滲流觀測設施主要為測壓管，現場檢查未發現異常現象。

3? AutoBank計算原理

對于穩定滲流，符合達西定律的非均各向異性二維滲流場，水頭勢函數滿足微分方程：

水頭φ還必須滿足一定的邊界條件，經常出現以下幾種邊界條件：

將滲流場用有限元離散，假定單元滲流場的水頭函數勢φ為多項式，由微分方程及邊界條件確定問題的變分形式，可導得出線性方程組：

求解以上方程組可以得到節點水頭，據此求得單元的水力坡降，流速等物理量。求解滲流場的關鍵是確定浸潤線位置，Autobank采用節點流量平衡法通過迭代計算自動確定浸潤線位置和滲流量。

4? 主壩滲流安全計算

4.1? 主壩滲流穩定計算

主壩為均質土壩，根據測點布置，選取樁號0+055、樁號0+086、樁號0+138三個斷面作為計算斷面。計算工況分為正常工作條件和非常工作條件：上游水位為正常蓄水位1029.60m及設計洪水位1034.57m時的穩定滲流期為正常運行工況;校核洪水位1038.48m時的穩定滲流期為非常運行工況。正常蓄水位、設計洪水位與校核洪水位分別對應的下游水位為999.0m、1000.0m與1000.4m。壩體浸潤線計算采用河海大學《水工結構有限元分析系統程序》（Autobank7.7）計算。

0+055樁號浸潤線計算成果見表1。

4.2? 主壩非穩定滲流計算

計算工況：正常工作條件為上游正常蓄水位1029.60m降至死水位1026.67m及設計洪水位1034.57m降至汛限水位1029.56m;非常工作條件為水庫水位的非常降落，自校核洪水位1038.48m降至汛限水位1029.56m。

經調洪計算，校核洪水位1038.48m經11.55小時降至設計洪水位1034.57m;設計洪水位1034.57m經12h降至正常蓄水位1029.60m;正常蓄水位1029.60m經24小時降至死水位1026.67m。庫水位降落計算成果見表1。

根據經驗公式，k/（μ.v）<0.1，庫水位為驟降;k/（μ.v）>60，庫水位為極緩慢降落;0.1

經計算，上游正常蓄水位1029.60m降至死水位1026.67m、設計洪水位1034.57m降至汛限水位1029.56m和校核洪水位1038.48m降至汛限水位1029.56m均為驟降，壩體浸潤線來不及降低，仍為水位下降前的浸潤線。

5? 結論

主壩防滲墻建成后，壩基卵石層中的主要滲漏通道被截斷，壩后明顯滲漏點水流消失，解決了壩基覆蓋層滲漏問題。壩基巖體大部分為弱風化巖，巖體完整堅硬，多屬微透水、極微透水和不透水層，不會形成滲漏帶，不存在基巖滲漏問題。主壩防滲設施完善，通過滲流、滲透穩定計算分析，壩體浸潤線低于排水棱體頂高程或地面高程，滲壓水位變化無異常發展趨勢，運行中無滲流異常現象，壩體、壩基滲流處于安全狀態。

參考文獻：

[1] 《云州水庫除險加固工程初步設計報告》（2006年2月，河北省水利水電勘測設計研究院）.

[2] SL274-2001.碾壓式土石壩設計規范[S].

[3] SL551-2012.土石壩安全監測技術規范[S].