張獻才 張建偉

1 工程概況

某大壩壩址控制流域面積為57.92 km2。水庫正常蓄水位為974.60 m,校核洪水位為 979.02 m,死水位 962.5 m;總庫容297.26萬m3(原始庫容),正常蓄水位以下庫容 150萬 m3(水庫運用30年情況),死庫容11.60萬m3(水庫運用30年情況),興利庫容138.43萬m3(水庫運用30年情況)。

2 計算斷面的選取

本次滲流計算分析,大壩典型斷面選取主河槽處最大壩高斷面,根據該大壩地質勘察報告提供地質參數計算,大壩斷面為透水地基上的有棱體排水的均質土石壩,上游壩坡為 1∶2.75,下游邊坡為 1∶2.5,在上下游壩面968.20 m高程處各設置一馬道,馬道寬2 m,大壩斷面見圖1,計算參數見表1。

表1 各層材料力學參數表

3 允許滲透坡降計算

3.1 滲透坡降計算

下游排水體失效時,浸潤線將從下游壩坡逸出,并假定發(fā)生滲漏時的下游水位為0 m。

滲透坡降計算采用有限元二維滲流方法,土層滲透系數按各向同性考慮。取壩體最大斷面進行滲流計算。

滲透坡降J計算公式按照達西定律基本公式[1]:

式中:J——滲透坡降;

L——滲透途徑長度;

ΔH——上下游水頭差。

3.2 發(fā)生流土的臨界滲透坡降計算

式中:Ja——臨界坡降;

γs——土體容重;

γ0— — 水容重;

n——孔隙率。

計算發(fā)生流土的臨界滲透坡降Ja=0.51,即壩體允許滲透坡降J＜0.69,壩基允許滲透坡降根據《水工設計手冊》[2]中選取,取0.48。

3.3 滲流量及滲流水深計算

大壩滲流量及滲流水深(參考《水工設計手冊》第三卷)用下列公式計算:

有限透水地基均質土壩:

其中,q為通過壩體及壩基的滲流量;qd為通過壩體的滲流量,按不透水地基上的均質土壩計算;h0為大壩滲流量計算中滲流水深;m2為大壩下游坡比;m1為上游坡比;a為出逸點與下游水位高差;T為有限透水地基厚度;H1為上游水深;H2為下游水深;L為滲徑;k為壩體滲透系數;k0為壩基滲透系數。

表2 大壩滲透坡降計算成果表

4 安全分析

4.1 滲透坡降計算成果

滲透坡降計算成果見表2。

由表2可以看出大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降,大壩不存在滲透變形破壞。

4.2 各種工況下浸潤線位置

各種工況下浸潤線位置見圖2。

各種工況下浸潤線坐標見表3～表5。

表3 校核洪水位情況下,浸潤線坐標表(以上游坡腳為坐標原點)

5 結語

表4 設計洪水位情況下,浸潤線坐標表(以上游坡腳為坐標原點)

表5 興利水位情況下,浸潤線坐標表(以上游坡腳為坐標原點)

土石壩的滲流穩(wěn)定分析一直是土石壩壩工建設與管理中所面臨的重要研究內容之一,通過對某土石壩的典型斷面進行二元滲流分析,選取校核洪水位、設計洪水位、興利水位為三種計算工況,計算結果表明大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降,大壩不存在滲透變形破壞,并同時確定了該工況下的浸潤線位置。

[1]吳持恭.水力學[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]華東水利學院.水工設計手冊[M].北京:水利電力出版社,1983.

[3]曹高文.淺談張峰水庫大壩基礎帷幕灌漿[J].山西建筑,2008,34(32):363-364.