漳泽水库主坝渗流评价
2017-08-23李明
李明
（山西省漳泽水库管理局，山西 长治 046021）
漳泽水库主坝渗流评价
李明
（山西省漳泽水库管理局，山西 长治 046021）
土石坝渗流计算与坝体、坝基稳定分析是土石坝设计的关键环节，通过对漳泽水库主坝进行渗流计算，为水库的安全稳定运行提供理论依据。
漳泽水库；坝体渗流分析；坝基渗流分析；渗流计算
1 工程概况
漳泽水库位于山西省长治市北郊浊漳河南源干流上，属海河流域上游漳卫南运河水系。水库所在浊漳河南源流域东西宽约75.0km，南北长约45.0km，干流发源于长子县黑虎岭，至襄垣县甘村与浊漳河西源汇合，全长104.0km，流域面积3580.0km2。漳泽水库为浊漳河南源的控制性枢纽工程，坝址距浊漳河西源交汇处31.6km，坝址以上干流长72.3km，控制流域面积3176.0km2。
漳泽水库是一座以工业供水、城市供水、灌溉、防洪为主，兼顾养殖和旅游等综合利用的大（二）型多年调节水库，总库容4.27亿m3，调洪库容3.3亿m3，兴利库容1.1亿m3。
2 主坝渗流安全评价
2.1 坝体渗流分析
取桩号0+760断面进行分析，该断面的坝体测压管垂直于坝轴线布置，在此断面上沿大坝上游至下游分别布置测压管T760-0、T760-3、T760-4。水位特征值如下，当上游水位最大值为903.32时，T760-0为902.85；T760-3为896.5；T760-4为891.18。当上游水位最小值为900.89时，T760-0为900.28；T760-3为895.07；T760-4为890.07。上游水位最大值与最小值相差2.43m，测得最大变幅为2.57m。
据特征值统计分析，得出坝体上游侧测压管水位变幅受上游库水位变化影响较大，符合均质土坝渗流规律。
2.2 坝基渗流分析
初设阶段、历次安全鉴定以及本次安全鉴定的地勘成果均表明，主坝坝基分布全新统粘土质砂，厚2.0～5.0m。针对粘土质砂，大坝初建时期的处理措施为，在坝轴线上游28.0m处做截水槽，截水槽底面嵌入粘土层0.5m，底宽3.0m，坡比1∶3，槽内填筑粘土进行夯实。
虽然针对粘土质砂，初建时期已经采取了截水槽等工程措施，但其渗流稳定问题，仍是历次安全鉴定最为关心的问题。因此，本次安全鉴定将结合坝基测压管监测资料，对粘土质砂的渗透稳定进行分析。
本次安全鉴定的地勘成果揭示，全新统粘土质砂的高程分布范围约为876.0～880.0m。坝基测压管的埋设底部高程约为877.0m，位于粘土质砂层内。因此，可以通过坝基测压管的实测值，计算粘土质砂层的渗透比降，计算公式，如公式（1）所示：
式中:J——为i、j两点间渗透比降；
hi、hj——为i、j两点的测压管水位，m；
L——为i、j两点的距离，m。
依据本次安全鉴定工程地质勘查报告，主坝坝基粘土质砂的渗透破坏形式为流土，其临界水力比降取值为0.86。考虑到流土对主坝危害较大，依据规范，其安全系数取值为2.0。容许水力比降值为临界水力比降值与安全系数之积，因此粘土质砂容许水力比降为0.43。
主坝坝基粘土质砂的实测渗透比降最大值为0.212，未超过其容许水力比降0.43。说明，目前主坝坝基粘土质砂不存在渗透破坏问题，整个坝基渗流状况正常。
渗流量分析：主坝在桩号0+500，背水坡坡脚处布置量水堰L1，用于监测主坝渗流量。实测资料表明，2008年以来，主坝的最大渗流量为9.55L/s，最小渗流量为1.31L/s，近年来渗流量长期稳定在1.5～3.0L/s，相应单宽流量仅为0.149～0.297m3/d，渗流量较小，并且下游坝脚排水沟中的水体，清澈透明，无悬移质和漩涡现象。
绘制主坝2008～2014年间渗流量与上游库水位、渗流量与降雨量的相关曲线，发现渗流量与上游库水位及降雨量的相关性均不太好。分析认为，水的粘滞性随其温度而变，其它条件相同，温度变化引起的渗流量变化也相当可观，冬季的渗流量比盛夏季节少30.0%左右。监测资料中渗流量并未进行温度校正，可能造成渗流量与上游库水位及降雨量的相关性较差。因此，本次安全鉴定不再对渗流量与上游库水位、渗流量与降雨量的相关性做进一步分析。
综上所述，取温度对渗流量的影响变幅范围是30.0%，主坝的渗流量仍然较小。虽然缺少渗流量温度校正，但水体清澈透明，无悬移质和漩涡现象，说明目前主坝的渗流状态正常。
2.3 渗流计算分析
2.3.1 计算方法
《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，对于1级、2级土坝应采用数值法计算渗流场的各渗流因素。漳泽水库大坝为2级建筑物，因此采用有限元数值法进行渗流计算。
计算程序采用《理正渗流分析计算软件》，其渗流有限元分析基本方程式，如公式（2）所示：
式中：［K］——透水系数矩阵；
｛H｝——总水头向量；
［M］——单元储水量矩阵；
Q——流量向量；
t——时间，
2.3.2 计算工况
主坝渗流计算包括以下水位组合工况：上游正常蓄水位与下游最低水位；上游设计洪水位与下游相应的水位；上游校核洪水位与下游相应的水位。
历次安全鉴定报告中，均将下游坡脚排水明沟沟底高程（约为887.98m）作为各工况的下游水位高程，本次安全鉴定仍沿用此高程值。各工况对应的上下游水位，如表1所示。
表1 主坝渗流计算工况
2.3.3 计算参数选取
本次主坝渗流计算的土体渗流参数取值，是以本次地质勘查资料成果为基础，结合原始设计资料以及2008年安全鉴定地勘成果，并考虑类似土坝的工程经验，进行综合确定的。
2.3.4 主坝渗流计算复核分析及评价
复核工况。本次主要复核坝体及坝基在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况下的稳定渗流。
复核结果分析与评价。依据本次安全鉴定工程地质勘查报告，主坝坝体填土的渗透破坏形式为流土，其临界水力比降取值为1.08。考虑到流土对主坝危害较大，依据规范，其安全系数取值为2.0。因此，主坝坝体的容许水力比降为0.54。
各工况渗流计算得到的出逸部位、出逸点渗透比降、单宽渗流量和总渗水量，如表2所示：
表2 各工况渗流计算结果
综合分析上述渗流计算复核结果，可以看出：
各工况下坝体浸润线均从下游坝脚溢出，出逸点渗透比降均低于容许比降，且下游坝脚设有贴坡排水，不存在渗流破坏问题。
正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下，大坝总渗水量分别为2.81L/s、3.15L/s、4.22L/s，渗流量随上游库水位的增高而增大，但总体渗流量较小，与实测值吻合。
综上所述，主坝在各工况下，下游坝脚出逸点的渗透比降均小于容许比降，不存在渗流破坏问题；大坝总渗流量与实测量吻合，且渗流量较小。说明目前主坝整体渗流状态正常。
3 评价结论
监测资料结果表明，坝体上游侧测压管的测压管水位与库水位相关性好，各年的测点都集中在一条相关线上；测压管的位势值随时间变化，波动范围较小；主坝坝基粘土质砂的实测渗透比降未超过其容许水力比降。主坝的渗流量较小，并且水体清澈透明，无悬移质和漩涡现象。结果均表明目前主坝的渗流状态正常。
渗流计算分析结果表明，主坝在各工况下，下游坝脚出逸点的渗透比降均小于容许比降，不存在渗流破坏问题；大坝总渗流量与实测量吻合，且渗流量较小。说明目前主坝整体渗流状态正常。
TV139.14
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1004-7042（2017）07-0042-02
李明（1986-），男，2010年毕业于兰州理工大学水利水电工程专业，助理工程师。
2017-05-09；
2017-06-17
