利用观测资料进行大坝渗流安全分析

2010-04-17张晓元李长城

中国水能及电气化 2010年6期

张晓元李长城

（水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉大学，湖北武汉 430072）

一、前言

油罗口水库位于中国江西省大余县。水库枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水隧洞等建筑物构成，分布在长约800m的山梁地带。水库集水面积557km2，总库容1.19×108m3，校核洪水位225.01m，设计洪水位223.32m，正常蓄水位220.00m，死水位209.00m。

大坝为粘土心墙坝，坝顶高程226.00m，最大坝高36.26m，坝顶长177.0m。

由于大坝在运行过程中存在较为严重的坝身、坝基和两岸坝肩漏水问题，直接影响到大坝的安全，因此，有必要对大坝的渗流状况进行分析。

大坝渗流安全评价方法主要有现场检查法、数值计算分析法及监测资料分析法。大坝渗流监测资料较为全面地反映了大坝渗流性态的发展过程，通过对大坝监测资料进行深入细致的分析，一般可以较全面可靠地揭示大坝的渗流状态。所以，监测资料分析法是进行大坝渗流安全分析的首选方法。而该水库具有长期的渗流监测资料，因此，决定利用其观测资料进行渗流安全分析。

二、渗流监测资料分析

1. 渗流安全监测布置合理性分析

水库大坝安全并不是简单的指大坝的安全，而是指整个水库枢纽的安全。为了能够全面地分析水库枢纽的渗流安全，首先必须检查其安全监测布置是否全面合理。

油罗口水库枢纽平面布置图如图1，渗流监测包括主坝、副坝、溢洪道、输水隧洞、岸坡及主坝与副坝之间山梁的浸润测压管水位资料。

主坝测压管共27根：坝身12根，布设3个横断面、4个纵断面；左坝肩布设2排，接近坝体的1排4根，外侧的1排3根；右坝肩布设2排，每排4根（如图2）。副坝测压管11根：最大坝高断面3根；左岸断面布置3根，右岸山坡布置3根；左、右坝肩各1根。输水隧洞测压管6根，位于隧洞的左右侧山梁中。溢洪道测压管6根，位于溢洪道两侧的山坡中。主坝与副坝间的薄弱山梁处的测压管共计4根。

测压管的布置情况显示：主坝、副坝的测压管既能很好的了解坝各横断面的浸润线变化情况、各纵断面的浸润线位置，又能了解坝左、右坝肩的绕渗情况；输水隧洞测压管能很好的了解隧洞所通过山体的水位情况；溢洪道测压管能很好的了解溢洪道边墙外水压力情况；主坝与副坝间的薄弱山梁处的测压管能很好地了解该山梁横断面上的水位情况。因此，该水库枢纽工程的渗流观测设施布置是合理的，能有效地监测工程的渗流安全状况。

2. 渗流观测设施可靠性分析

对渗流观测设施的可靠性分析首先是对各测点的基准进行校正，检查其是否正确，通过现场检测水库各测点的基准点读数正确，然后则对其实测水位过程进行分析，检查其在一般正常情况下，水位变化是否符合一般规律，测压管是否失效。通过对该水库各测压管实测水位过程进行分析可知，其现有观测资料除个别测点外，水位变化符合一般变化规律，大部分观测设施是可靠的。

3.资料的选取

在进行资料分析时，首先对原始数据进行了筛选，对存在明显错误的数据进行了剔除，剔除数据的原则如下：

（1）受降雨影响，使得浸润测压管水位明显偏高的资料不予选用；

（2）在同一时期内，库水位没有明显的升降，而浸润测压管水位偶尔出现突升或突降，这一般是量测、记录错误，这种资料不用。

4.资料的整理与分析

在对所测数据进行整理分析时，应对每个测压管水位及库水位和下游河道水位绘制过程线。为了清晰地显示出各横断面上测压管水位从上游至下游的变化趋势，应将每个横断面上的测压管水位与相应的上下游水位绘制于同一幅图上。本文仅给出两个代表性断面图并进行分析。图3和图4分别为主坝最大坝高断面和左岸山坡断面测压管水位过程图。

在对所测数据进行整理分析的基础上，应通过相关分析，找出各测压管水位与上游水位之间的关系，作出相关分析图，将每个横断面上的测压管水位与上游水位之间的相关关系绘制于同一幅图上。图5和图6分别为主坝最大坝高断面和左岸山坡断面测压管水位与水库水位关系图。

（1）主坝最大坝高断面渗流安全分析

图3显示该断面上的测压管水位从上游至下游呈现下降的趋势，上游坝坡测压管C5的水位几乎与水库水位同步上升及下降，下游坝坡测压管C6的水位比测压管C5的水位下降很多，测压管C6、C7、C8的水位依次呈现较平缓的下降趋势，下游坝坡上的几个测压管的水位相对于上游水位变化来说，显得比较稳定。

图5显示上游坝坡测压管C5的水位与水库水位呈明显的线性相关关系，该测压管水位随库水位直线上升的斜率为0.90，二者的相关系数达0.95；下游坝坡上几个测压管的水位随水库水位较为缓慢，测压管水位与库水位的相关系数亦很小。

选择库水位接近水库正常蓄水位220m的几年测压管水位点绘于该断面图上（图7），图示测压管水位显示出上、下游坝壳的渗透性较强，心墙的防渗性能较好，浸润线通过心墙下降很快，心墙以后的测压管水位均较低，测压管C6、C7间的渗透坡降小于0.25，C7、C8的间的渗透坡降小于0.1。

根据C8测压管水位与水库水位的相关关系计算可得：在水库水位为校核洪水位时，该测压管的水位为197.26m，远低于排水棱体顶部高程，该断面一般不会因为渗流影响到大坝的安全。

根据以上监测资料分析，主坝最大坝高断面渗流稳定，无异常渗流。在此基础上，再对该断面的现场观测资料及施工情况进行了解分析，各方面都显示该断面渗流稳定。因此可认为该断面渗流安全。

（2）左岸山坡断面渗流安全分析

图4显示出C16、C17测压管的水位几乎与水库水位同步升降，且数值与库水位非常接近，C18、C18'测压管的水位较C16、C17测压管的水位有一定下降。

图6显示测压管C16、C17的水位与水库水位呈明显的线性相关关系，测压管C16的水位随库水位直线上升的斜率达0.95，二者的相关系数达0.94，测压管C17的水位随库水位直线上升的斜率为0.76，二者的相关系数为0.91，两条相关线很接近；C18、C18'测压管的水位与水库水位亦呈线性相关关系，但其随库水位线性上升的斜率相对较小，测压管水位与库水位的相关系数较小。

根据以上分析，认为大坝左岸山坡测压管水位较高，山体特别是迎水面部分的透水性较强，存在绕坝肩渗流的安全隐患。针对监测资料分析发现的问题，必须对该断面的施工情况及现场观测资料进行深入细致的了解，施工记录此处在大坝合垅时曾进行3次定向爆破，破坏了此处岩石的整体结构，地质勘察亦表明左坝肩清基差，在高程197.78 ～ 214.97 m，为中风化细砂岩，裂隙较发育，岩石较破碎，为较强透水层，存在坝肩绕坝渗漏问题。因此可认为该断面存在渗流安全隐患。

（3）油罗口水库渗流安全评价

在对水库渗流安全进行分析时，必须对每根测压管监测资料及每个横断面进行分析，并结合对施工情况及现场观测资料的了解，最终才能得出整个水库枢纽的安全性能。

通过对油罗口水库渗流监测资料的分析及对施工情况和现场观测资料的了解，最终基本掌握了该水库的整个渗流状况：主坝坝体渗流稳定，坝肩存在绕坝渗漏问题，坝基存在浅层岩体渗漏问题；副坝坝体局部存在渗漏问题，坝肩存在绕坝渗漏问题，坝基存在浅层渗漏问题；大坝与副坝间较为单薄的山梁测压管水位偏高，存在渗流安全隐患。