张科亮

(临沂市河东区水务局，山东 临沂 276034)

我国作为一个水利大国，在水利水电工程的修建、运营过程中难以避免地会遇到一些不稳定库岸边坡，面对这类棘手的工程地质难题，水利行业内越来越多的学者、技术人员逐渐意识到，对不稳定斜坡的变形机制进行研究具有十分重要的意义[1-5]。目前国内外学者对已经做了很多研究[6-8]。

通过文献调研发现，近年来，行业相关人员围绕这类课题做的工作主要集中于以下几个方面：以实际工程为研究背景，将施工过程和地质体的关系耦合起来协同研究[9]。抑或者是将传统的传递系数法与地理信息技术(如ARCGIS)相结合，不仅可解决稳定性定量计算，还可实现稳定性分区[10-11]，除了与现场结合越来越紧密，并进行跨学科研究之外，还有学者将传统的稳定性计算方法进行了改良，提出了与现场实际情况更为接近的稳定性评价方法[12]，这些科研成果都在一定程度上推动着行业的不断革新。

本文以丁庄水库为例，对其渗流场进行了模拟。首先通过勘查资料建立了斜坡工程地质模型，在明确了地下水位线的基础上，使用SWEEP/W模块建立了渗流模型，通过施加水头的方式来模拟初始水位，计算了这类型斜坡的渗流场，研究成果有望对类似工程提供一定的借鉴意义。

1 工程概况

丁庄水库主要位于山东省德州地区陵县洼地处，是一座围坝型水库。黄河水为其提供充足的水源，通过借助潘庄干渠，使得黄河水顺利流入到马颊河中，然后，利用泵站，起到堤水入库的作用。该水库纽约工程主要由出库泵站、隔坝、泄水洞组成。工程等别为三等，大坝和引水泵站建筑物等级为三级，其他建筑物均为5级，库区面积、围坝轴线长度、总库容量分别达到了4.86 km2、9.12 km、3 254×104m3。大坝外观以均质坝型为主，坝高达到了9.1 m。坝顶高程、防浪墙高和坝顶宽度分别达到了24.9 m、1.19 m、6.9 m。隔坝主要分布在入库泵站和出库泵站中间地带中，坝顶高程、坝顶宽度和坝长分别达到了25.9 m、9 m、969 m。在围坝沿库位置处，需要将黏土设置在坝脚处，总铺盖面积达到了50 m。

根据斜坡特征，构建了工程地质模型，如图1所示，该工程地质模型可为后文的渗流分析提供计算基础。

图1 工程地质模型

2 稳态渗流场计算与分析

2.1 计算模型设计

图2 体积含水量(堆积体)

图3 体积含水量(基岩)

完成了体积含水量测算后，进行水力传导率估计，估计结果见图4～图5。

图4 堆积体水力传导率估计结果

图5 基岩水力传导率估计结果

网格形状方面，一般采用四边形较好，但是局部几何空间不满足的情况，最好采用三角形单元嵌入，总之尽可能采用“总体四边形单元，具体三角形单元”的方式进行网格划分。

2.2 计算结果及分析

在明确了数值计算模型与分析方法后进行计算。水平向传导速率计算结果如图6所示。

图6 水平向水力传导速率计算结果

地下水埋深低于堆积体，未从坡体表面渗流出来，水流总体自西向东流动，高点相对低点的流动速率相对更小，最高点流动速度达到0.05 m/s，最低点流动速度约0.65 m/s，速度最大相差0.6 m/s，在右侧边界处存在速率集中的现象，这是由于边界条件限制导致的，在实际工况中其渗流速率相对更小。

研究区的水头和压力水头云图计算结果如图7～图9所示。

图7 XY向水利传导速率计算结果

图8 压力水头云图

图9 总水头云图

边坡压力水头计算结果显示，边坡前缘出现压力水头集中的情况，量值达到0.002 m，河岸右侧出现压力水头集中，对整体稳定性影响较小。从总水头云图计算结果来看，渗流方向较为合理，与实际地下水位线基本一致，说明渗流分析计算结果具有一定的科学性和合理性，为工程施工作业的有效开展提供重要的依据和参考。

边坡空隙水压力计算结果如图10所示。

图10 孔隙水压力云图

孔隙水压力云图结果显示，边坡的孔隙水压力云图分布较为规律，与重力场基本一致，说明该边坡浅表生改造作用较弱，渗流方向受地形地貌、重力控制，在后续边坡改造过程中，要尤其注意对坡体几何形态的影响。在量值方向上来看，最大孔隙水压大于等于180 kpa，位于坡体深部，从坡体深部到坡表孔隙水压力逐渐变小。因此，相关人员要根据边坡空隙水压力变化特点，实现对地下水水位线的科学控制，以达到降低河谷右岸塌岸风险的目的 ，从而有效地避免伤亡事件的发生。

3 结语

本文以丁庄水库为例，对其渗流场进行了模拟。首先通过勘查资料建立了斜坡工程地质模型，在明确了地下水位线的基础上，使用SWEEP/W模块建立了渗流模型，通过施加水头的方式来模拟初始水位，计算了这类型斜坡的渗流场，在此过程中形成了以下三点结论：

(1)本工点采用Geo-sweep/w中的一种名叫Fredlund估计方法，使用该方法进行了渗流计算，发现与实际地下水位线较温和，说明这种方法具有准确性高、计算效率高的特点，因此本文采用这种计算方法基本是可行的。今后在类似工程中，可充分考虑这种计算方法的可行性，以达到提高工程施工水平，缩短工程施工周期的目的。

(2)地下水埋深低于堆积体，未从坡体表面渗流出来，水流总体自西向东流动，高点相对低点的流动速率相对更小，最高点流动速度达到0.05 m/s，最低点流动速度约0.65 m/s，速度最大相差0.6 m/s，在工程实践中，要尤其注意坡脚的渗流场变化，只有这样，才能实现对库水边坡的渗流场变化有效控制，避免岩体变形现象的发生，从而降低滑坡突发事件出现的可能性，为保障人们的生命安全和财产安全打下坚实的基础。

(3)边坡的孔隙水压力云图分布较为规律，与重力场基本一致，说明该边坡浅表生改造作用较弱，渗流方向受地形地貌、重力控制，在后续边坡改造过程中，要尤其注意对坡体几何形态的影响。在量值方向上来看，最大孔隙水压大于等于180 kpa，位于坡体深部，从坡体深部到坡表孔隙水压力逐渐变小。

总之，为了降低河谷右岸的塌岸风险，保证库岸边坡的稳定性，相关人员要要以“上软下硬型库水边坡”为研究对象，加强对其渗流特征的分析，同时，还要构建斜坡工程地质模型，从而更好地了解和把握地下水位线所在位置，确保地下水现在基岩层下方，以达到提高斜坡的稳定性的目的，此时，水流的渗流方向会沿着斜坡中部位置流向河谷位置，此外，还要在综合考虑河谷右岸存在塌岸风险的基础上，确保水利工程建设工作能够正常、稳定、有序地开展，只有这样，才能提高水利工程施工质量和施工进度，为提高施工单位的社会效益和经济效益提供有力的保障。