尼泊尔KGG水电站泄洪闸渗流及抗滑稳定分析

2019-03-26杨云超张惠军

水电与新能源 2019年3期

杨云超，张惠军

(中国长江三峡集团上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434)

尼泊尔KGG水电站工程位于尼泊尔的卡利甘达基河谷中，工程的主要任务是发电。工程为三等工程，由2孔泄洪闸、3孔冲砂闸及左、右岸连接建筑物等组成，工程正常蓄水位1 841.0 m，设计及校核洪水位分别为1 828.02 m及1 831.09 m。

泄洪闸位于主河槽至左岸山坡脚，河床覆盖层为第四系冲积层，河底高程1 816.00～1 818.00 m。下伏为④1层松散～稍密状的粘质粉土夹砂质粉土，层厚8.2～13.3 m，土体相对软弱；④2层砂质粉土夹粉细砂和薄层粉质粘土，稍密～中密状，层厚14.0～14.9 m，以弱透水性为主，局部微透水性；④2层以下为中密～密实的砂砾石、漂卵砾石或漂石层，层厚较大。

考虑泄洪闸建基面下④1层承载力较低且存在局部液化问题，设计采用卵砾石进行换填处理。闸基布置悬挂式防渗墙，防渗墙长32 m，厚0.8 m，底部位于中密～密实的⑤1层粉细砂层上，下游护坦段底板底部按照直径100 mm，间距1 m设置排水管，典型剖面图如图1所示。

1 软件介绍及其计算原理

GeoStudio[1]是一套功能强大、适用于岩土工程模拟计算的软件，在地质工程、水利工程、岩土工程、地下水分析中已经得到了广泛应用。软件中包含了多个分析模块，所有模块都可以在同一环境下运行，在一个模块里定义的模型边界条件和材料特性以及计算结果都可以应用到其他模块中。

软件中SEEP/W模块基于有限元方法进行土体渗流模拟计算，对单宽剖面坝基渗流路径、不同部位的流速、渗流量、等水头线和各个节点的孔隙水压力值等问题进行分析。

软件中SLOPE/W模块基于极限平衡理论对不同土体类型、复杂地层、滑移面形状及孔隙水压力状况等岩土工程问题进行建模分析，可利用Bishop法、简化Janbu法、Morgenstern-Price法、Sarma法等多种方法进行滑动面搜索及安全系数计算。

图1 泄洪闸典型剖面图

2 计算模型及参数

本工程闸基渗流和抗滑稳定性分别采用软件中SEEP模块和SLOPE模块进行计算分析。计算模型范围[1]考虑向上游取3倍坝高，向下游取2倍坝高，沿坝基深度取2倍坝高，并赋予不同的材料参数即建立实体模型，再根据实体模型划分有限元网格，有限元模型如图2所示。由于闸室尾部的混凝土防冲墙对于渗流防冲有利，对于抗滑稳定作用不明显，为了分析最不利情况，建模时未考虑防冲墙的影响。材料参数见表1所示，上游混凝土铺盖及防渗墙可近似认为不透水材料。护坦下的排水管通过设置水头边界条件等于下游总水头来进行模拟。

因设计洪水位和校核洪水位均低于正常蓄水位，渗流计算考虑最不利计算工况如下：上游采用正常蓄水位1 841.00 m，对应下游水位1 818.00 m。

3 计算结果分析

3.1 渗流计算

计算结果如图3～图5所示，从图3～图5中可以清楚直观的了解闸基总水头、流速矢量及渗透比降的分布规律。通过设置流体截面计算得到闸基单宽渗流量为9.68e-5 m3/s，总渗漏量1 224 m3/d，占有效库容的0.17%。混凝土防渗墙对于延长渗径、消减水头的作用比较明显，并且最大渗透比降集中分布在防渗墙处，渗流出口处渗透比降小于0.1。排水管将闸基渗水排出后有效降低了护坦底板的渗流压力。计算结果符合达西渗流规律，并且闸基渗漏量在允许范围内、渗透比降均小于土层的允许比降，不会发生渗透破坏，说明了防渗方案的有效性。

图2 泄洪闸渗流计算有限元模型

土层容重γ/(kN·m-3)内摩擦角ϕ/°粘聚力C/kPa渗透系数k/(cm·s-1)允许比降④1粘质粉土夹砂质粉土172561.25e-40.45～0.50④2砂质粉土夹粉细砂16.52652.9e-40.35～0.40④3砂卵砾石21.53503.5e-30.12～0.18⑤1粉细砂16.253006.5e-40.25～0.30⑤2漂卵砾石20.53505e-30.15～0.20卵砾石换填层173505e-30.25～0.30