老马涧水库渗流分析及安全评价

2015-03-15宋继斌常周梅常双梅

安徽农业科学 2015年33期

关键词：土石坝稳定渗流

宋继斌，常周梅，常双梅

(1.靖远县职业中等专业学校，甘肃靖远 730600；2.青海民族大学，青海西宁 810007；3.兰州城市学院，甘肃兰州 730070)

老马涧水库渗流分析及安全评价

宋继斌1，常周梅2*，常双梅3

(1.靖远县职业中等专业学校，甘肃靖远 730600；2.青海民族大学，青海西宁 810007；3.兰州城市学院，甘肃兰州 730070)

摘要对坝体及坝基进行取样试验，对老马涧水库大坝最大断面在稳定渗流期的下游坡和库水位降落期的上游坝坡进行全面的抗滑稳定渗流进行分析，同时利用毕肖普法计算各工况最小安全系数对大坝给予安全评价。研究对水库的除险加固方案具有重要的指导意义。

关键词土石坝；渗流；毕肖普法；稳定

Laomajian Reservoir Seepage Analysis and Safety Evaluation

SONG Ji-bin1, CHANG Zhou-mei2*, CHANG Shuang-mei3(1.Vocational Middle School of Jingyuan County, Jingyuan, Gansu 730600; 2.Qinghai Nationalities University, Xining, Qinghai 810007; 3.Lanzhou City College, Lanzhou, Gansu 730070)

Abstract The sampling experiment was conducted on dam and dam foundation, comprehensive anti-sliding stability seepage was analyzed on downstream slope of the maximum section of Laomajian Reservoir in the stable seepage period and the upstream dam slope of the water level falling stage, at the same time using Bishop method to calculate the minimum safety coefficient of dam condition and give safety evaluation. The study has an important guiding significance for reservoir reinforcement project.

Key words Earth rock dam; Seepage; Bishop; Stable

1工程概况

老马涧水库是一座以蓄水灌溉为主的小(二)型水库，集雨面积3.80 km2，总库容15.02万m3。老马涧水库由大坝、溢洪道及输水设施3部分组成。现状坝顶高程2 066.00 m，坝高19.00 m，坝顶宽3.50 m，坝长79.00 m，大坝上游坡比1∶1.717，下游坡比1∶2.148。溢洪道位于大坝右岸与边坡的接合部位，为混凝土矩形断面，高2.00 m，宽2.40 m，其轴线为折线型，总长约68.50 m。输水涵洞位于大坝中部坝底，为DN500混凝土管，长约62.00 m。

水库以当地受益村民自己集资，投工投劳修建而成，由于没有地勘、测量、技术设计以及工程建设的相关审批手续，施工质量差，造成水库大坝建成后存在较多病险。2006年8月，水库出现大坝坝顶开裂和不均匀沉降，现场查勘表明：坝体渗漏，根据压水试验数据，其渗透系数K大于2.0×10-3cm/s；上游坝坡是用风化料填筑，无防浪设施，坡面出现多条冲沟；下游坡面上有明显的侵蚀冲沟，坝脚无排水设施；原有溢洪道断面尺寸，结构要求不满足，同时由于受坍塌体(TH2)影响，雨季溢洪道靠山体一侧残坡积层边坡极易产生坍塌、淤积甚至掩埋溢洪道。

2坝体渗流分析

2.1安全评价标准根据《水库大坝安全评价导则SL258-2000》规定渗流安全综合评价标准[1]，A级：当各种岩土材料的实际渗流比降小于规范允许下限，坝基扬压力小于设计值，且运行中无渗流异常征兆，建筑物的渗流性态安全。B级：当各种岩土材料的实际渗流比降大于规范允许下限，但未超过其上限或同类工程的经验安全值，坝基扬压力不超过设计值，有一定渗流异常但不影响安全，建筑物的渗流性态基本安全。C级：当各种岩土材料的实际渗流比降大于规范或经验类比的上限或破坏值，坝基扬压力大于设计值，出现严重渗流异常现象时，建筑物的渗流性态不安全。

2.2计算断面及抗滑稳定分析根据对原坝体及坝基进行的取样试验结果，大坝坝体为均质土坝，把坝体分为2个渗透区。充分考虑所取土样位置、试验结果，结合钻孔观察、孔内标贯试验等条件，坝体、坝基岩土体的物理力学指标如表1所示。

表1　坝体坝基物理力学指标

2.2.1计算工况。根据《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001)[2]，土石坝在蓄水和库水位降落的各个时期不同荷载下，应分别计算其稳定性[3]。稳定渗流期、水库水位降落期和正常运用遇地震3种工况，应计算的内容如下：稳定渗流期的上、下游坝坡；水库水位降落期的上游坝坡；正常运用遇地震的上、下游坝坡。

2.2.2计算方法及断面。坝体稳定复核计算采用简化毕肖普圆弧法，按有效应力计算，地震作用力按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)中的规定进行计算。计算软件采用中国水利水电科学研究院编制的《土质边坡稳定分析程序STAB2009》。按照《小型水利水电工程碾压土石坝设计导则》(SL189-96)的要求，对大坝最大断面进行稳定渗流期的下游坡和库水位降落期的上游坝坡进行全面的抗滑稳定计算[4-6]。大坝横断面及材料分区见图1，坝坡的稳定计算成果见表2。

2.3坝坡抗滑稳定结果及评价上游坝坡在正常工况下抗滑稳定安全系数仅在不考虑地震影响的工况下满足规范要求，在非正常工况下除了校核洪水位、不遇地震时抗滑稳定安全系数最小Kmin=1.337(大于规范值)外，其余均小于规范值。下游坝坡在任何工况下，抗滑安全系数基本都小于规范要求值，根据文献[2]规定，该大坝综合评价为C级，建筑物的渗流性态不安全。大坝抗滑稳定不满足规范要求，坝体上下游坝坡抗滑稳定性差，不满足规范要求。

根据坝体注水和坝基压水试验成果表明：大坝坝体渗透系数K值在3.09×10-4~1.19×10-1cm/s，均值2.58×10-2cm/s，属中等～强透水层，不能满足水库大坝坝体防渗要求；大坝坝基透水率q值在4.3~35.3 Lu，均值为12.8 Lu，属中等透水～弱透水层，不能满足水库大坝坝基防渗要求；同时，据ZK1及ZK3坝基压水试验成果，坝肩基岩透水率q值在14.1~35.3 Lu，属中等透水～弱透水层，存在绕坝渗漏可能；从坝体注水试验成果来看，自现坝顶起5.00 m深度范围内土体渗透系数较大，介于1.11×10-2～1.19×10-1cm/s，为强透水层。结合抗滑稳定结果、原大坝施工情况、地质勘查，对大坝现状做出如下评价：①坝体填筑质量差，局部不密实，无排水设施，坝体浸润线位置偏高，影响大坝稳定。②在正常蓄水位、设计水位、校核蓄水位等工况下坝坡的抗滑稳定系数小于规范值。

3结论及建议

根据对现状坝体坝坡稳定的计算，坝体及上下游坝坡均不满足抗滑稳定要求，均不满足规范要求。建议对大坝采取以下工程措施进行加固处理：①建议对坝体及坝基进行帷幕灌浆。②坝体上下游护坡冲刷严重，建议在上游设置反滤层和防冲设施，下游增设排水设施。③建议坝顶铺设弹石路面，向下游倾斜排水。

参考文献

[1] 水利部大坝安全管理中心.水库大坝安全评价导则：SL258-2000[S].北京：中国水利水电出版社，2000.

[2] 中华人民共和国水利部.碾压式土石坝设计规范：SL274- 2001[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

[3] 张启岳.土石坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[4] 吴诚高，张文捷.钟陵水库渗流及稳定性分析[J].科技传播，2010(20)：173-174.

[5] 戴荣富，李静，杨立欣，等.水库大坝渗流分析探讨[J].中国水运，2007(10)：71-72.