对水库坝基渗流稳定分析及控制

张之成，苏长刚

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江157000)

对水库坝基渗流稳定分析及控制

张之成，苏长刚

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江157000)

根据勘探和现场试验，某水库坝基渗漏的原因是建库时没有消险或没有进行处理的基岩表部全风化带上部松散土层，渗透变形类型判别为管涌。依此对水库土坝坝基进行渗流分析及稳定计算。

渗漏量;渗透变形;临界水力比降;允许比降;稳定计算

1 坝基渗漏量计算

坝基渗漏量计算分4个方面进行介绍:

1.1 工程运行状况

根据现场实际调查测绘，勘测期间没有发现集中渗漏点，渗漏水流不明显，坝前近坝趾处地面多为阴湿或为湿地，湿地主要分布于大坝前右部，地面阴湿和湿地系由坝基渗漏所致。

根据勘探和现场试验，坝基渗漏的层位是建库时没有清除或没有进行处理的基岩表部全风化带上部松散土层。

1.2 渗漏量计算公式

计算公式为:

式中:K为渗透系数，m/d;B为渗漏段长度，m;M为渗透层平均厚度，m;H为上下游水头差，m;2b为防渗体宽度，m。

1.3 参数的选定

1)K:取第四系松散覆盖层和全风化、强风化带加权平均值:

2)H:H=98.40(兴利水位)-93.5(地下水位)=4.9 m。

3)M:M=2.1+3.5=5.6m。

4)2b:取2b=48 m(取自设计部门坝体剖面图)。

5)B:B=210 m。

1.4 计算结果

坝基总渗漏量Q=10 143 m3/a。占河流年平均径流量(17 76.2万m3)的 0.06%，占兴利库容(56.35万m3)的1.8%。

2 渗透变形类型的判别

钻探中，取坝基粗粒土——含细粒土砾的扰动样一个，进行土工试验分析，颗粒分析成果见图1。

图1 坝基粗粒土颗粒分析成果图

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287—99)，渗透变形类型的判别见表1。

表2 坝基粗粒土渗透变形类型分析表

类比分析，取孔隙率n=0.38。所以有:

渗透变形类型为管涌。

3 临界水力比降计算

采用计算公式:

式中:Jcr为土的临界水力比降;d5为占总土重5%的土粒粒径，mm，查图为0.028;d20为占总土重20%的土粒粒径，mm，查图为0.08;Gs为土的颗粒密度与水的密度之比，取试验平均值2.68;n为土的孔隙率，取砂类土的平均值0.38。

计算结果Jcr=0.49。

4 允许比降的确定

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287—99)，本次取安全系数2.0，并参考“无黏性土允许水力比降经验值表M”，建议允许水力比降J允许=0.24。

5 坝基渗漏稳定计算

本次对坝体做渗流稳定分析时，为偏于安全考虑，将坝基假定为不透水坝基。对坝基做渗流稳定分析时，为偏于安全考虑，将坝基按透水坝基计算，且透水层厚度按地质提供的M=2.65 m。

计算公式采用《土坝设计》上册(水利电力出版社)。下游坝基逸出坡降计算公式:

式中:J为下游坝基逸出点渗透坡降;H为坝上游水深，m;h0为坝下游水深，m;L为上游水面与坝坡交点至下游坝脚水平长度，m;m1为上游坝坡度系数，m=ctgθ;T为坝基下有效透水深度，m;e为自然对数，e≈2.71828;x为计算点距下游坝脚的距离，m。本次设计取x=0.20 m。

本次设计对坝基的渗透稳定计算分别按3种情况进行分析计算，分别为:

1)正常蓄水位情况，上游水位为98.40 m;

2)设计洪水位情况，上游水位为98.66 m;

3)校核洪水位情况，上游水位为100.65 m。

计算结果见表2所示。

表2 坝基渗透坡降计算成果表

从表2计算结果分析可知，坝下游计算点处的渗透坡降可满足渗透稳定要求。

6 结语

对水库坝基渗流稳定分析过程中，要充分具备水库库区地质情况，坝基地质柱状图，水库不同设计水位及不同设计水位运行情况的坝体浸润线，同时需要具备坝体、坝基岩土物理性指标。

对水库坝基渗透坡降大于允许渗透坡降时，需对水库坝基采取工程防治措施。工程措施:①上游坝脚前做黏土防治铺盖，长度与厚度要满足设计要求;②对坝基采取帷幕灌浆，通过混凝土防渗帷幕来减少或阻断坝基渗流。

［1］水利电力部第五工程局.土坝设计:上册［S］.北京:水利电力出版社，1978:198.

［2］牡丹江市水利勘测设计研究院.黑龙江省林口县东风水库除险加固工程初步设计报告书［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘测设计研究院，2011.

TV223.6

B

1007-7596(2012)02-0140-02

2011-08-25

张之成(1968-)，男，工程师;苏长刚(1981-)，男，工程师。