基于Geo-Studio曹家塘壩安全復核

謝 鵬，龐 輝，劉 浩

（1.山東水總有限公司,山東 濟南 250001；2.臨沂市蘭陵縣水利局,山東 蘭陵 277700；3.臨沂市羅莊區水務局,山東 臨沂 276000）

1 引言

早期修建的水庫大壩在長期使用過程中,經常出現滲漏等現象,部分可能出現壩坡穩定性不足等情況。針對這部分水庫,復核其安全情況是十分必要的。但是,我國在早期修建的水庫數量眾多,選擇快速、準確的方法評價大壩安全是十分重要的。可在一定程度上減低大壩安全復核工作難度、提高工作效率。數值模擬方法計算速率快、結果準確,在水利、巖土等行業得到了廣泛的應用[1-2]。Geo-Stvdio是一種極為常用的數值模擬軟件,其主要優點包括：模型建立簡便、計算速率快、計算結果可靠。常廣品[3]使用Geo-Stvdio分析了水下降落期間,河道堤防的穩定性；李振宇[4]使用Geo-Stvdio分析了土石壩滲流穩定性情況；張利平等[5]、阿布都卡地爾·阿布都克拉木[6]使用Geo-Stvdio分析了水位驟降作用下心墻壩、均質壩的穩定性狀態。結合曹家塘壩,使用Geo-Stvdio復核水庫安全狀態,為水庫除險加固工程提供支撐。

2 工程概況及存在問題

曹家塘壩,位于鄒平市西董鎮任家峪村附近,攔河而建,始建于1977 年,流域面積1.93 km2,干流長度1.799 km。曹家塘壩工程規模為小（2）型,水庫死庫容為0.34×104m3,興利庫容1.29×104m3。設計洪水標準為10 年一遇,相應庫容2.82×104m3；校核洪水標準為50 年一遇,相應庫容3.14 萬m3。由于曹家塘壩的建設年代較早,受當時經濟技術條件限制,工程建設標準低,施工質量差,存在著較多安全隱患,目前主要存在以下問題：

1）大壩

曹家塘壩大壩迎水坡為干砌石護坡,護砌損壞嚴重,大部分塊石松動、脫落；邊坡現狀多為雜草、灌木；坡腳無排水體,無防浪墻,無反濾體；壩頂沖刷嚴重,較多坑洞,壩頂路面未硬化；無觀測設施。

2）溢洪道

原左岸溢洪道現已沖毀形成近20 m寬決口,出露卵石、碎石土、黃土狀壤土,決口兩側邊坡近直立,局部出現滑塌現象。

3）庫區

水庫庫區淤積嚴重,溢洪道沖毀,庫區無法正常蓄水。庫岸坡均為土質邊坡,巖性以碎石土為主,碎石土層具中等透水性,存在庫區滲漏問題。

4）管理設施

曹家塘壩目前屬村莊管理,無管理房等設施。無專職管理人員,管理技術粗放落后。

3 滲流安全復核

3.1 計算方法及指標

滲流計算采用加拿大geo-stvdio軟件的seep/w模塊來進行分析,根據壩段地形特點、壩基地質等情況,選用大壩樁號0+030 斷面（最大壩高斷面）進行滲流計算,計算參數見表1。

表1 壩體及壩基材料滲透系數指標

3.2 計算工況

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）滲流計算要求,曹家塘壩滲流計算工況如下：

工況1：庫內校核洪水位238.01 m,下游相應水位226.00 m；

工況2：庫內設計洪水位237.61 m,下游相應水位226.00 m；

工況3：庫內正常蓄水位236.00 m,下游相應水位224.50 m；

工況4：庫水位降落時上游壩坡最不利的情況。

3.3 壩坡滲流計算結果

采用Geo-Stvdio滲流計算結果及附圖見表2～表3、圖1。

表2 大壩滲流量計算成果表

表3 大壩滲透穩定計算成果表

圖1 滲流穩定性計算成果

根據滲流計算結果,庫內正常蓄水位下年滲漏量4.40×104m3,滲漏量大,滲水在壩坡出逸,出逸比降不滿足要求,綜上所述,現狀大壩滲流及滲透穩定不滿足要求。

4 壩坡安全復核

4.1 計算斷面與計算方法

根據《碾壓式土石壩設計規范》,采用計條塊間作用力的畢肖普條分法。采用加拿大geo-stvdio軟件的分析模塊slope/w來進行分析,根據壩段地形特點、壩基地質情況等資料,結合滲流分析的成果,選擇0+030 斷面為代表斷面進行穩定分析計算。

4.2 計算參數

根據大壩地質勘察報告報告,土體計算參數指標見表4。

表4 土體計算參數指標表

4.3 壩坡穩定性計算工況

計算工況根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）要求進行選取：

正常運用條件包含設計洪水位情況上下游壩坡；正常蓄水位上下游壩坡；死水位上下游壩坡；死水位上下游壩坡；設計洪水位降落至正常蓄水位情況下的上游壩坡。

非常運用條件包含校核洪水位情況上下游壩坡；施工完建期（枯水期）上下游壩坡；校核洪水位降落至正常蓄水位的上游壩坡；正常水位遇地震情況上下游壩坡,其中正常水位遇地震工況計算上下游壩坡時按正常運用條件下安全系數最小值工況遇7 度地震,計算工況見表5。

表5 曹家塘壩大壩計算工況表

4.4 穩定計算成果

穩定計算成果見表6 及圖2。

表6 大壩穩定計算結果

圖2 灌漿帷幕結構設計圖

5 結論

（1）根據現場調查,曹家塘壩現狀溢洪道損毀,水庫防洪能力已經無法滿足現狀防洪需求。

（2）使用Geo-Stvdio軟件,建立最不利斷面數值模擬模型,對不同工況下的壩坡穩定性進行計算,結果表明,壩坡穩定性滿足規范要求。

（3）通過Seep模塊計算不同工況下的壩體滲流情況,結果表明：現狀大壩壩體、壩基滲透系數較高,在高水位運行時壩體浸潤線較高,下游壩坡存在較大的出逸比降,現狀壩體壩基的滲漏量較大,不滿足要求,曹家塘壩亟需采取除險加固工程治理。