某两面挡水土石坝渗流稳定分析

刘 悦

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000)

0 引 言

近些年，随着深圳市饮用水水库水质保障类项目的实施，通过在库区内修建两面挡水土石坝将入库污染雨水和主库区饮用水进行物理隔离，两面挡水土石坝的渗流情况将直接影响主库饮用水水质。因此，有必要分析坝体的渗流情况，以便进一步分析对水库水质产生的影响。

1 项目概况

深圳某水质保障工程两面挡水土石坝的上游侧为生态库区，最低水位21.0 m，最高水位24.9 m；下游侧为主库区，汛限水位为22.70 m，正常蓄水位28.70 m，设计洪水位28.80 m，校核洪水位29.29 m，坝顶高程31.0 m，防浪墙顶高程32.0 m，坝线总长416.2 m，最大坝高14.0 m[1]。

受施工条件限制，25.0 m高程以下坝体只能在水下进行填筑，因此坝体两侧水下填筑土石围堰，中间形成干地施工条件，坝体采用混凝土防渗心墙土石坝，混凝土防渗墙底部深入残积土5 m，混凝土防渗墙两侧1.5 m范围采用黏土填筑作为防渗墙的二次保护。坝体断面型式见图1。

图1 坝体断面图

2 土石坝渗流分析

2.1 渗流分析原理

土石坝渗流分析的理论基础为达西定律。达西定律与连续方程结合，从而得到稳定渗流的微分方程式：

(1)

式中：kx，ky，kz为3个渗透主轴方向上的渗透系数；h为水头函数。

在本文中，将土石坝渗流问题简化为二维渗流问题(X-Z面)，从而稳定渗流方程为[2]：

(2)

2.2 渗流分析计算工况

渗流计算选取的基本工况见表1。

表1 各工况渗流计算水位组合表

2.3 渗流计算参数取值

各部分的物理力学参数见表2。

表2 材料物理力学参数

注：黏性土允许渗透比降可取2.5～5.0[3]。

2.4 Geo-Studio软件计算结果

2.4.1 软件介绍

有限元分析软件Geo-Studio2012是20世纪70年代由加拿大著名的岩土软件开发商Geo-Slope公司面向岩土工程、水利工程、地质工程以及公路工程等相关领域开发的一套仿真分析软件[4]。本文主要利用Seep/w模块实现土石坝坝体渗流数值模拟。

2.4.2 计算结果

各工况渗流稳定计算结果见图2-图6。

图2 工况一：渗流量、水力坡降等值线图

图3 工况二：渗流量、水力坡降等值线图

图4 工况三：渗流量、水力坡降等值线图

图5 工况四：T=0时渗流量、水力坡降等值线图

图6 工况四：T=15时渗流量、水力坡降等值线图

各工况下渗流量及出逸处水力坡降计算结果见表3。

表3 渗流稳定计算结果

3 结 语

根据上述计算结果，防渗心墙采用混凝土防渗墙防渗较为合理。在各工况下，渗流量均较小，可将生态库区带有污染的雨水和主库区饮用水进行有效的隔离。

Geo-Studio软件极大方便了渗流的计算、渗流量的估算，给相关专业提供存在物理隔离后水污染程度分析的重要依据。

本工程两面挡水土石坝坝体型式在各工况下，出逸点渗透比降均较小，渗流量均较小，选取该坝型作为物理隔离是可行的。