基于實測資料土石壩滲流穩(wěn)定分析

李雨潔，鄭漢種，黃錦來

(1.東陽市思源供水有限公司,浙江 金華 322100; 2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020; 3.金華市九峰水庫管理中心，浙江 金華 321000)

1 工程概況

東方紅水庫位于東陽市虎鹿鎮(zhèn)溪口村之北1 km處,地處錢塘江流域金華江水系東陽江支流白溪上游河段,是一座以灌溉為主,并結(jié)合防洪、供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫,其工程等別為Ⅲ,主要建筑物級別為3級,次要建筑物級別為4級。水庫按50 a一遇洪水設(shè)計(198.06 m)、200 a一遇洪水校核(201.0 m)。水庫樞紐主體工程有攔河壩、溢洪道、泄洪洞等建筑物。加固前主要靠原黏土心墻進(jìn)行大壩防滲,2008年除險加固在原黏土心墻的中間部位設(shè)置一道混凝土防滲墻進(jìn)行防滲。

為觀測大壩壩體的防滲效果,選取3個觀測斷面(壩0+060 m、壩0+100 m、壩0+140 m),其中壩0+060 m斷面壩上鉆孔埋設(shè)6只滲壓計;壩0+100 m斷面壩上鉆孔埋設(shè)4只滲壓計;壩0+140 m斷面鉆孔埋設(shè)9只滲壓計。為觀測大壩壩基的防滲效果,選取2個觀測斷面(壩0+060 m、壩0+100 m),其中壩0+060 m斷面壩上鉆孔埋設(shè)3只滲壓計;壩0+100 m斷面鉆孔埋設(shè)5只滲壓計。

2 滲流監(jiān)測資料分析

土石壩在竣工蓄水后的運行期間,均會受到水的滲流作用,這可能對大壩結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利的影響,而當(dāng)滲流要素超過某個允許值時,其壩體結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生破壞[1]。本工程為觀測大壩壩體的防滲效果,布置了3個觀測斷面(壩0+060 m、壩0+100 m、壩0+140 m),本次滲流分析選取典型斷面壩0+060 m進(jìn)行分析,壩0+060 m斷面滲流觀測圖如圖1所示。滲壓計安裝采用鉆孔埋入法。其中滲壓計UP1-4，UP1-6，UP1-9埋入壩基中。

2.1 滲流過程線分析

滲壓計水位和庫水位隨時間變化的過程線見圖2。

由圖2可知,UP1-1水位低于庫水位10 m～15 m左右,與庫水位有著一定的相關(guān)性;上游側(cè)UP1-2,UP1-3水位與庫水位相關(guān)性較好,且與庫水位相近;防滲墻后UP1-5 水位與庫水位有著一定的相關(guān)性,與墻前同一高程UP1-3相比,水位降低約3 m～5 m。下游側(cè)UP7,UP8和壩基滲壓計UP1-4,UP1-6,UP1-9水位與庫水位相關(guān)性較小,水位走勢平穩(wěn)基本無變化。

2.2 位勢分析

選取近5年來穩(wěn)定高水位工況計算位勢,計算結(jié)果如表1所示。

表1 壩0+060 m斷面壩體滲壓計位勢計算表

由表1可知,各工況下位勢計算結(jié)果規(guī)律性一致,無異常變化;墻前位勢依據(jù)埋設(shè)高程自上而下逐步降低,同一斷面從上游至下游位勢逐步降低,符合滲流一般規(guī)律;UP1-3與UP1-5分別位于防滲墻墻前和墻后同一高程,墻體前后位勢削減10.93%～18.07%;下游坡UP1-7和一級馬道UP1-8水位均接近于地下水位,位勢接近于0.00%;綜上分析可知該斷面大壩防滲效果較好。

3 滲流水位統(tǒng)計模型分析

3.1 回歸模型的選擇

由土石壩的滲壓計水位的實測資料以及相關(guān)研究資料可知,滲壓計水位主要受上下游水位、降雨以及壩體材料的滲透時變特征等影響。壩體滲壓計水位與庫水位的一次方成正比,然而隨著上游水位的變化,存在一個滲流的過程,使壩體的滲壓計水位滯后于庫水位[2]。降雨在入滲壩體內(nèi)引起滲壓計水位變化也存在一個滯后的過程[3]。土石壩竣工蓄水后,土體結(jié)構(gòu)顆粒會發(fā)生一定的變化,壩前也會逐漸淤積形成自然鋪蓋,這些因素對滲壓計水位的影響有一個時效過程[4-5]。

根據(jù)前文分析結(jié)果,壩體滲壓計水位受庫水位影響顯著,但是壩體滲壓計水位變化一般要滯后7 d左右,因本工程下游無水,故hd=0。而降雨量對壩體滲壓計水位也有一定的影響,與此同時,滲壓計水位有明顯的時效過程。

綜上分析,壩體滲壓計水位的統(tǒng)計模型為：

3.2 成果分析

根據(jù)前面的實測資料,本次對壩體滲壓計UP1-2,UP1-3,UP1-5，UP1-7，UP1-8的水位建立回歸模型并進(jìn)行分析,分析成果見表2，表3。

表2 滲壓水位回歸分析成果詳細(xì)表

表3 滲壓計最高水位影響因子占比表 %

由表2可知,UP1-2，UP1-3，UP1-5回歸模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R在0.94以上,標(biāo)準(zhǔn)差S在0.53 m以下,說明回歸的精度較高;而UP1-7,UP1-8回歸模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R均較低,根據(jù)前文的資料分析可知,其主要受地下水位的影響,與庫水位及降雨量的相關(guān)性不大。

UP1-2,UP1-3，UP1-5測點未選當(dāng)日庫水位和前1天、前2天庫水位,說明庫水位對測點的影響具有滯后性。UP1-2,UP1-3,UP1-5測點均僅選取了前2天的降雨量平均值,說明降雨量對測點的影響也具有滯后性。

由表3可知,UP1-2,UP1-3,UP1-5測點滲壓水位中,水位分量所占比重最高,在63.78%～80.24%之間;降雨分量占比均接近于0,對滲壓水位未產(chǎn)生影響;時效分量所占比重在19.76%～36.22%之間。

綜上,UP1-2,UP1-3，UP1-5測點滲壓水位受庫水位和時效共同影響,且主要受上游庫水位影響;UP1-7，UP1-8測點滲壓水位主要受地下水位的影響,與庫水位及降雨量的相關(guān)性不大。

4 結(jié)論

基于東陽市東方紅水庫,通過對水庫大壩滲流的實測資料,建立統(tǒng)計模型進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:

1)上游側(cè)測點水位與庫水位相關(guān)性較好,防滲墻后UP1-5水位與庫水位有著一定的相關(guān)性,下游側(cè)和壩基滲壓計水位與庫水位相關(guān)性較小。

2)位于防滲墻墻前和墻后同一高程,墻體前后位勢削減顯著;下游坡和一級馬道水位均接近于地下水位,綜上分析可知該斷面大壩防滲效果較好。

3)由統(tǒng)計模型分析可知,UP1-2,UP1-3,UP1-5測點滲壓水位受庫水位和時效共同影響,且主要受上游庫水位影響;UP1-7,UP1-8測點滲壓水位主要受地下水位的影響,與庫水位及降雨量的相關(guān)性不大。