姜鳳海

（遼寧省清河水庫管理局，遼寧鐵嶺 112003）

1 工程概況

水庫大壩為復(fù)式斷面碾壓式粘土斜墻砂殼壩，迎水面為塊石護(hù)坡，背水面為碎石護(hù)坡。最大壩高39.6 m，壩長 1 622 m，壩頂寬 6 m，壩底寬 233 m，防浪墻高1.15 m，為漿砌塊石，上游面噴混凝土防滲處理。粘土斜墻頂高程為136.30 m，斜墻頂寬3.5 m，濾水壩頂高程為 103 m，頂寬 3 m。

從大壩的監(jiān)測資料分析看，大壩滲流狀態(tài)安全，不存在滲漏隱患，但大壩沒有高水位運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，無法對未來高水位的滲漏情況進(jìn)行預(yù)估，因此有必要進(jìn)行相應(yīng)的理論計(jì)算分析，進(jìn)一步判定大壩滲流和滲透穩(wěn)定情況。

2 計(jì)算條件及參數(shù)選取

（1）計(jì)算指標(biāo)選取

本次復(fù)核計(jì)算對《清河水庫工程安全評價(jià)檢測報(bào)告》中提供的大壩粘土和砂礫料物理力學(xué)特性和1988年抗震計(jì)算選取的計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行對比，可以看出主壩壩體筑壩土料符合SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》對筑壩土料的要求。經(jīng)比較，綜合選取滲流計(jì)算指標(biāo)見表1，斜墻粘土滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)見表2，壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)見表3。

（2）滲流計(jì)算邊界及計(jì)算工況

河床部分壩體斜墻在高程85.00 m由截流齒槽與壩基相連，壩基主要為綠泥石片巖，壩基巖石為新鮮基巖，對吸水率大于0.50 cm／s的基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理。因此，滲流計(jì)算邊界可認(rèn)為齒墻深入不透水地基的斜墻碾壓土石壩。

教師使用課程申請人電子評估追蹤系統(tǒng)(ECATS)對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程全程跟蹤、評價(jià)。該課程的考核內(nèi)容分為5項(xiàng)，總分為500分。包括：關(guān)鍵性任務(wù)一（100分）、關(guān)鍵性任務(wù)二（100分）、期末閉卷測試（100分）、隨堂測試和課后作業(yè)（100分）、課程參與度和考勤（100分）。

表1 大壩滲流計(jì)算指標(biāo)Table 1 :Indexes of dam seepage calculation

表2 大壩斜墻粘土計(jì)算指標(biāo)Table 2 :Calculation indexes for the sloping wall clay

表3 大壩壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)Table 3 :Indexes in seepage stability calculation of sand-gravel material of dam body

本次滲流安全復(fù)核采用以下工況和水位：正常蓄水位 131.00 m；95·7 洪水位為 134.93 m； 復(fù)核后設(shè)計(jì)水位為 135.42 m（p=0.2%）；復(fù)核后校核水位為137.22 m（p=0.02%）。滲流穩(wěn)定計(jì)算斷面圖見圖 1。

圖1 清河水庫攔河壩穩(wěn)定計(jì)算斷面圖Fig.1 Cross section in the stability calculation of Qinghe water retaining dam

3 滲流及滲透穩(wěn)定復(fù)核

（1）滲流計(jì)算

大壩運(yùn)行多年，土體已經(jīng)完全固結(jié)，因此可采用不可壓縮滲流方程，認(rèn)為滲透系數(shù)各向同性。通過粘土斜墻土石壩的滲流穩(wěn)定，程序采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：q為單位場地壩體的滲流量；hT為斜墻后的滲流水深；h0為下游壩坡處的滲流水深；δ1為斜墻在計(jì)算水位處的厚度，m；δ2為石斜墻底部的最大厚度，m。

k1和k分別為斜墻及墻后壩體的滲透系數(shù)；α和β為斜墻上、下游邊坡與基礎(chǔ)底面的夾角；m1和m'1為斜墻上、下游邊坡；m2為下游壩坡邊坡；H1和H2為上下游水深。

滲流計(jì)算成果見表4。

大壩設(shè)計(jì)粘土滲透系數(shù)為 2.35×10-7m／s，砂礫料滲透系數(shù)為3.50×10-2m／s， 大壩最大滲流量為0.013 m3／d·m，下游最大逸出高度 0.008 5 m。

對比復(fù)核結(jié)果可以看出，實(shí)際粘土滲透系數(shù)較設(shè)計(jì)小，因此滲流量比設(shè)計(jì)小，逸出高度比設(shè)計(jì)低。復(fù)核計(jì)算逸出點(diǎn)較實(shí)測壓力值低的原因是計(jì)算下游水深取與排水溝平齊，而實(shí)際地下水位在地面以下 0.50～2.00 m。

（2）滲透穩(wěn)定計(jì)算

滲透變形形式判別采用GB50287-99《水利水電工程地質(zhì)勘察與技術(shù)規(guī)范》附錄M中的方法。

粗粒和細(xì)粒區(qū)分界限粒徑：df=

表4 滲流計(jì)算成果表Table 4 :Results of seepage calculation

式中：d70、d10為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為70%和10%時(shí)所對應(yīng)的粒徑，mm；n為土的孔隙率，由大壩壩體砂礫料滲透穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)確定砂礫料細(xì)粒含量：Pc=38。結(jié)論：因?yàn)镻c＞P，所以壩體砂礫料發(fā)生滲透變形類型為流土。

流土臨界水力坡降：Jcr=（Gs-1）（1-n）

式中：Jcr為土的臨界水力比降；

Gs為土的顆粒密度與水的密度之比；

K為安全系數(shù)，根據(jù)工程重要性選為2.0。

滲透穩(wěn)定計(jì)算成果見表5。

壩體浸潤線較低，因此實(shí)際滲透比降非常小，與復(fù)核計(jì)算接近，故設(shè)計(jì)浸潤線與復(fù)核浸潤線一致，復(fù)核浸潤線為設(shè)計(jì)浸潤線，設(shè)計(jì)浸潤線圖見圖2。

斜墻上游部分的砂殼透水性很大，故可認(rèn)為其浸潤線與上游水位相平。

斜墻下游之南壩體內(nèi)浸潤線，根據(jù)計(jì)算hb=0.008 5 m，其值接近于零，無實(shí)際意義，故認(rèn)為下游壩體之浸潤線與尾水位相平。

斜墻內(nèi)部流線分布情形按繪制流網(wǎng)的方法確定，因?yàn)閴紊?、壩基砂礫的滲透系數(shù)與粘土心墻滲透系數(shù)相差很大，故認(rèn)為滲透水流在砂礫中無水頭損失，斜墻上游坡為一條H=38.3的等能線，尾水位以下部分的斜墻下游坡為H=0的等能線，巖基及截水墻為不透水。

（3）滲流計(jì)算和滲透穩(wěn)定計(jì)算成果分析

從大壩滲流計(jì)算和滲透穩(wěn)定計(jì)算成果可以看出，大壩滲流量極小，各工況浸潤線較低，壩體和斜墻滲透比降均大于允許比降，其他可能發(fā)生滲透變形部位均已設(shè)置了有效的工程措施，因此，滲透穩(wěn)定安全可靠。根據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定，大壩防滲安全等級應(yīng)為A級。

表5 滲透穩(wěn)定計(jì)算成果表Table 5 :Results of seepage stability calculation

圖2 清河水庫攔河壩設(shè)計(jì)浸潤線圖Fig.2 Designed saturation line of Qinghe water retaining dam

4 結(jié) 語

通過對大壩主體滲透穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算分析，可以判定清河水庫壩體運(yùn)行正常，安全可靠。經(jīng)過50年安全運(yùn)行，壩體變形已經(jīng)平穩(wěn)，通過壩體定期檢查監(jiān)測，沒有發(fā)現(xiàn)異常。布設(shè)在粘土斜墻下游的測壓管觀測資料表明，壩體10年前已基本完成大部分沉降，最大達(dá)85.00%，后5年沉降趨于平穩(wěn)，最大沉降僅為9.00%，沉降值在0～8 mm，足以證明上述穩(wěn)定復(fù)核分析是符合實(shí)際運(yùn)行情況的。

[1]SL274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國水利水電出版社.

[2]SL258-2000，水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則[S].中國水利水電出版社.

[3]GB50287-99，水利水電工程地質(zhì)勘察與技術(shù)規(guī)范[S].中國水利水電出版社.