劉長春

（新疆喀什第三師勘測設計院，新疆 喀什 844000）

小川水庫壩體滲漏成因與滲流計算

劉長春

（新疆喀什第三師勘測設計院，新疆 喀什 844000）

結合小川水庫大壩現場檢查及地質勘探情況，通過滲流觀測資料分析壩體滲漏成因，得到排水廊道的設置對繞壩滲漏起到了改善作用。通過AutoBank軟件建立平面典型斷面有限元模型，滲流參數計算得到浸潤線規(guī)律符合均質壩分布；綜合判斷下游壩坡高水位工況下滲透穩(wěn)定不滿足要求。

土石壩滲流；滲流反演分析；穩(wěn)定滲流計算

1 工程概況

小川水庫位于甘肅省平涼市華亭縣，是一座解決農業(yè)灌溉用水并兼顧城鄉(xiāng)供水、工業(yè)用水、發(fā)電、調洪等綜合利用的中型水庫。水庫防洪標準為50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核，設計洪峰流量138m3/s，校核洪峰流量283m3/s。多年平均出庫水量5640萬m3。攔河大壩為均質土壩，壩頂長215.0m，壩頂寬8.0m，壩頂高程1563.90m，防浪墻頂高程1564.90m，最大壩高64.9m。

小川水庫存在下游壩坡滲漏量大的現象，通過二次帷幕灌漿，大壩主要滲漏點消失，但仍然存在滲水點。通過鉆孔壓水試驗、抽水試驗、連通試驗證實，下游壩坡滲水點為繞壩滲漏。本文分析了小川水庫壩體滲漏成因，并進行了壩體滲流反演計算分析［1-2］。

2 壩體滲漏成因分析

2.1 下游壩坡滲漏點滲漏

通過各孔穩(wěn)定地下水位的觀測，1#，2#滲流場地下水流向該區(qū)域地下水主流向358°，近于正北方向，與右肩巖層一組節(jié)理（產狀90°～95°∠80°）的走向幾乎一致，該組節(jié)理產狀陡傾，線裂隙率達14條/m，裂面光滑平直，延伸較遠，認為庫水主要順此組節(jié)理走向繞右壩肩。而前期灌漿帷幕由于受其陡傾產狀的影響，2.0m孔距不易截斷其滲漏通道。如圖1。經計算，水力坡降i=0.219，地下水流速V=1.15×10-3cm/s。判斷地下水主要由ZK617～ZK625間進入壩體形成右岸坡的滲漏潮濕現狀［3］。

圖1 滲漏點地下水流方向示意圖

2.2 右壩肩排水廊道情況

因前3次帷幕灌漿未能完全消除下游壩坡滲漏，后經勘察鉆孔壓水試驗、抽水試驗及連通試驗，得出以下結論：

下游壩坡主要滲漏點為繞壩滲漏右岸排水廊道施工于2003年3月開工，當年7月竣工。進口高程1527.72m，出口高程1526.97m，底板坡比1∶100，洞軸線與壩軸線交角50°，廊道斷面為城門洞型，頂拱和兩側墻各布設一排水孔，孔距1.0m，孔徑42mm，匯水集中排至右岸排水溝。

地質勘探揭示，排水廊道所在區(qū)域巖層呈單斜構造產出，巖體風化程度高，節(jié)理裂隙發(fā)育，結構面多為張開狀，為Ⅲ類圍巖，鉆孔壓水試驗求得滲透系數10-2～10-4cm/s，屬中等—強透水地帶。地下水位高程在1527.00～1534.00m之間。竣工后設于廊道出口的三角量水堰滲漏量觀測資料如表1。過程線如圖2。

表1 排水廊道滲漏量

圖2 排水廊道滲漏量與庫水位過程線

由表2和圖2可看出，排水廊道滲漏量與庫水位關系明顯，庫水位升高，滲漏量隨之增大，說明排水廊道部位滲漏水為繞壩滲漏所致。

雖然排水廊道的設置對繞壩滲漏起到了改善作用，但由于高程在1527.00m，未完全阻斷繞壩滲漏至下游壩坡，現狀下游壩坡1508.00m高程附近集水井內仍存在滲漏，且隨庫水位周期性升降。

3 大壩滲流反演分析

3.1 模型建立與參數選取

選取小川水庫大壩竣工標準剖面進行滲流計算。由壩身黏土、下游側過渡砂層、風化料、反濾排水體、壩基卵石層、壩基強透水層及防滲帷幕等組成。

考慮2000年壩身在壩軸線位置進行了灌漿，此次滲流分析建模在壩軸線位置設置了2m寬防滲灌漿區(qū)。模型采用三角形和四邊形混合單元對其進行了剖分。大壩各分區(qū)材料滲透系數通過地勘報告建議值并結合已有工程經驗確定各材料分區(qū)滲透系數初始值，如表2。

表2 大壩材料分區(qū)滲透系數初始值 單位：cm/s

3.2 反演計算分析

有限元計算采用AutoBank軟件。結合運行，高水位工況下下游壩坡1517.90m高程以下已出現滲漏，故將可能溢出邊界設置在此部位，微調壩體填土和風化料滲透系數，直至計算值與實測值較接近為止。最終得出各材料滲透系數如表3，反演得到的壩體亞黏土水平向滲透系數高于原始地勘建議值，而豎向滲透系數略大于原始地勘建議值，下游風化料滲透系數略低于原始值［3-5］。

計算浸潤線與實測浸潤線位置如圖3。從反演計算結果與實測結果對比可見，標準剖面計算浸潤線與實測浸潤線總體反演結果吻合度高，計算浸潤線在實測浸潤線上下波動，計算浸潤線規(guī)律符合一般均質壩分布。

3.3 特征水位下穩(wěn)定滲流計算分析

根據反演確定的滲透系數，計算特征工況下大壩標準剖面的二維滲流場。具體計算工況如表4。

為充分反映大壩二維滲流計算成果，整理了標準剖面水頭分布圖和關鍵部位的滲流要素統(tǒng)計如表5，水頭等值線如圖4。

表5 標準剖面關鍵部位滲流要素 單位：m3/m·d

圖4 各工況下水頭線等值線

由表5單寬滲流量統(tǒng)計結果可以看出，各控制工況下標準剖面計算所得的單寬滲透流量，隨水位的降低而減小，在1.908～16.031m3/m·d之間。以壩頂長215m計，大壩日滲漏量410.2～3504.7m3，年滲漏量14.97萬～127.92萬m3。高水位工況下滲漏損失巨大。

采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n）計算下游風化料臨界滲透坡降，得Jcr=0.920，根據GB50287—99《水利水電工程地質勘察規(guī)范》要求，取安全系數為2，得到允許滲透坡降為0.460，可見高水位工況下壩基滲透坡降大于其允許滲透坡降，下游壩坡出逸處滲透不穩(wěn)定。運行表現，高水位工況下下游壩坡已出現水平滲漏帶，且現場檢查發(fā)現下游壩坡多處存在老鼠洞，土質疏松，易產生滲透破壞，綜合判斷下游壩坡高水位工況下滲透穩(wěn)定不滿足要求［6］。

4 結語

（1）地下水主要由ZK617～ZK625間進入壩體形成右岸坡的滲漏潮濕現狀。

（2）雖然排水廊道的設置對繞壩滲漏起到了改善作用，但由于高程較高（1527.00m），未完全阻斷繞壩滲漏至下游壩坡，現狀下游壩坡1508.00m高程附近集水井內仍存在滲漏，且隨庫水位周期性升降。

（3）滲流計算表明，壩體填土防滲性能差，高水位工況下下游壩坡滲透穩(wěn)定不滿足要求，壩體滲漏量大。建議對大壩砂礫石基礎進行全面防滲灌漿處理，加強下游滲漏量與心墻內觀測孔水位觀測，發(fā)現問題及時處理。

參考文獻：

［1］劉俊發(fā).水利工程中土石壩滲漏的原因及處理措施［J］.科技與企業(yè)，2014（12）：198.

［2］華靜，楊華舒.土石壩滲流計算中的有限元應用研究［J］.中國水能及電氣化，2012（7）：15-18.

［3］欒艷.土石壩滲透規(guī)律與滲漏機理研究［D］.重慶：重慶交通大學，2009.

［4］陳衛(wèi)忠，伍國軍，戴永浩，等.錦屏二級水電站深埋引水隧洞穩(wěn)定性研究［J］.巖土工程學報，2008（8）：1184-1190.

［5］鄧苑苑，劉建軍，張小燕.土石壩工程滲流計算的理論發(fā)展及方法探析［J］.甘肅農業(yè)，2006（6）：363-364.

［6］劉潔，毛昶熙.堤壩飽和與非飽和滲流計算的有限單元法［J］.水利水運科學研究，1997（3）：242-252.

（責任編輯：王艷肖）

Study on seepage leakage causes and seepage calculation of Xiaochuan Reservoir

LIU Chang-chun
（Kashi Third Division Survey and Design Institute，Kashi844000，China）

This paper combined with the on-site inspection of Xiaochuan reservoir dam and geological exploration，through the analysis of the seepage observation data of dam，the leakage causes are analyzed，the conclusion found that the setting of drainage gallery can improve the leakage around the dam.The finite elementmodel of plane section is established by AutoBank software，and the seepage coefficient is calculated by parameter inversion analysis of seepage parameters.The seepage stability cannotmeet the requirements under the condition of high water level of downstream dam slope.

earth rock dam seepage；seepage inversion analysis；seepage flow stability calculation

TV85

：B

：1672-9900（2017）04-0009-04

2017-04-28

劉長春（1981-），男（漢族），重慶人，工程師，主要從事水利工程設計工作，（Tel）18999088026。