庆云县南候水库大坝渗流影响因素及坝坡稳定分析

姜 鹏

（德州市水利勘察设计研究院，山东 德州 253000）

水库建成蓄水后，在上、下游水位作用下，坝体和坝基均会出现渗流现象。渗流对坝体和坝基稳定有重要影响。坝体在运行过程中内部会形成稳定的渗流场，产生的渗透压力和土壤孔隙水压力可能影响土颗粒间的有效应力，降低大坝土体的抗剪强度和安全性，导致坝体产生渗透变形。基于上述原因，本文对庆云县南候水库大坝渗流进行计算和分析。

1 工程概况

南候水库位于山东省庆云县，工程任务是调蓄黄河和南水北调来水，解决项目区的缺水问题，为庆云县城居民生活和大型工业建设储备资源，保证国民经济可持续协调发展。按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2000)规定，工程规模属小(1)型，工程等别为Ⅳ等。主要建筑物按4级设计，次要建筑物按5级设计。永久建筑物围坝、入库泵站、出库泵站、引水渠为4级，其余建筑物为5级。

水库设计蓄水位为13.03 m，设计蓄水深8.50 m，库容为990万m3，死水位5.03 m，死库容47.5万m3，调节库容942.5万m3。水库工程主要由引水工程、水库枢纽工程以及管理单位组成。引水工程包括引水渠及其引水闸；水库枢纽工程主要包括围坝、入库泵站、出库泵站、泄水洞和管理单位设施等。

2 计算模型

堤身渗透计算参照《堤防工程设计规范》计算公式[1]，见下式：

式中：qD为不透水地基上求得的相同排水型式条件下的均质土堤单位宽度渗流量，m3/（s·m）。

得出浸润线方程表达式如下：

式中：q 为单位宽度渗透量，m3/（s·m）；k 为堤身渗透系数，m/s；k0为地基渗透系数，m/s；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；h0为下游出逸点高度，m；m1为上游坡坡率；m2为下游坡坡率；T为地基有效深度，m。

3 坝体渗流计算

3.1 参数确定

坝体及各土层渗透系数参照表1取值。

表1 坝体及库区地基图层渗透系数取值表

3.2 计算结果

选择不同坝段，同水头条件下，有防渗措施和无防渗措施渗流量进行对比。

7-7’坝段计算“ss0,Time=0h,H=13.03”无防渗措施和有防渗措施渗流量，见图1、图2。

图1 渗流量(进)=4.17112E-05 m3/s

图2 渗流量(进)=1.73378E-05 m3/s

20-20’坝段渗流计算“ss0,Time=0h,H=13.03”无防渗措施和有防渗措施渗流量见图3、图4。

图3 渗流量(进)=3.61629E-05 m3/s

图4 渗流量(进)=1.52132E-05 m3/s

28-28’坝段渗流计算“ss0,Time=0h,H=13.03”无防渗措施和有防渗措施渗流量见图5、图6。

图5 渗流量(进)=3.45237E-05 m3/s

图6 渗流量(进)=1.62746E-05 m3/s

42-42’坝段渗流计算“ss0,Time=0h,H=13.03”无防渗措施（图7）和有防渗措施（图8）渗流量，见图7、图8。

图7 渗流量(进)=2.71434E-05 m3/s

图8 渗流量(进)=6.14049E-06 m3/s

3.3 结果分析

通过渗流场模拟图可以看出，各坝段在采取防渗措施后，渗流量均显著降低，渗透路径延长，浸润线的走向发生明显变化。尤其在坝体部分，流线不再经过全断面，而是在坝前渗入后受到阻挡，垂直向坝基方向，在防渗墙的阻挡下沿表层坝基流向下游。同时，加入防渗材料后坝体浸润线的出逸点有所下降。具体计算结果见表2。

表2 各坝段有无防渗措施渗流量对比

4 结论及建议

4.1 结论

（1）无防渗措施条件下，7-7’坝段渗流量为4.17112E-05 m3/s，20-20’坝段渗流量为3.61629E-05 m3/s，28-28’坝段渗流量为3.45237E-05 m3/s，42-42’坝段渗流量为 2.71434E-05 m3/s。

（2）有防渗措施7-7’坝段渗流量为 1.73378E-05 m3/s，20-20’坝段渗流量为 1.52132E-05 m3/s，28-28’坝段渗流量为1.62746E-05 m3/s，42-42’坝段渗流量为 6.14049E-06 m3/s。

（3）在采取了防渗措施后坝体及坝基渗流量均明显减小，浸润线降低，防渗效果显著。纵观国内外土坝垮坝事故的产生，大多数是由水库内库水位变化引起的渗流问题引起的[1]，熟悉土坝渗流规律，及时采取防治措施，对工程施工期及后期运行均具有重大的研究价值。

4.2 建议

（1）在上中游设置切断透水坝基的垂直防渗措施，如：土质截水槽、混凝土防渗墙、桩柱式防渗墙、黏土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽防渗墙、自凝灰浆防渗墙、混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。

（2）在运用防渗加固的方法之后，利用其它一些防水措施，如褥垫排水以及棱体排水措施，坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备，有效消除水库上游的漏水现象，使得下游坝基水头及浸润线下降。