基于AutoBank软件的水库大坝渗流稳定安全鉴定

王玉洁

摘    要：水库大坝经过多年运行，应对其进行安全评价，其中，渗流稳定安全是评价中的一项重要内容。本文通过AutoBan7.7水工设计软件的渗流分析功能、稳定分析功能，结合云州水库大坝安全评价工程，计算在正常运行条件和非常运行条件下的渗流稳定。并结合现场检查观测分析对比，验证计算结果的准确性。

关键词：云州水库;AutoBank软件;渗流稳定;安全评价

1  工程概况

云州水库位于河北省张家口市赤城县云州镇 3km 处，距赤城县城20km，系潮白河主要支流白河上的一座以防洪为主，结合灌溉、发电的大（2）型水利枢纽工程。坝址以上控制流域面积1170.0km2，总库容1.02亿立方米。水库100年一遇洪水设计水位1034.57m、2000年一遇洪水校核水位1038.48m。1972年水库初建完成，主要建筑物包括主坝、泄洪洞、发电输水洞及坝后式电站。主坝能否在各个运行条件下安全运行对下游保护对象安全至关重要。

2  现场渗流检查结果

对云州水库主坝建筑物进行了现场检查。渗流安全检查部位主要包括主坝、坝基、坝趾近区、坝端及坝端岸坡。

主坝迎水坡无冒泡、变浑或漩涡等异常现象，背水坡及坝趾无散浸、冒水、渗水坑、管涌等现象;坝后外引排水沟完好，排水沟无明流。坝后没有异常;两岸坝体与岸坡连接处无渗水现象;两岸绕坝渗流无异常现象;渗流观测设施主要为测压管，现场检查未发现异常现象。

3  AutoBank计算原理

对于稳定渗流，符合达西定律的非均各向异性二维渗流场，水头势函数满足微分方程：

水头φ还必须满足一定的边界条件，经常出现以下几种边界条件：

将渗流场用有限元离散，假定单元渗流场的水头函数势φ为多项式，由微分方程及边界条件确定问题的变分形式，可导得出线性方程组：

求解以上方程组可以得到节点水头，据此求得单元的水力坡降，流速等物理量。求解渗流场的关键是确定浸润线位置，Autobank采用节点流量平衡法通过迭代计算自动确定浸润线位置和渗流量。

4  主坝渗流安全计算

4.1  主坝渗流稳定计算

主坝为均质土坝，根据测点布置，选取桩号0+055、桩号0+086、桩号0+138三个断面作为计算断面。计算工况分为正常工作条件和非常工作条件：上游水位为正常蓄水位1029.60m及设计洪水位1034.57m时的稳定渗流期为正常运行工况;校核洪水位1038.48m时的稳定渗流期为非常运行工况。正常蓄水位、设计洪水位与校核洪水位分别对应的下游水位为999.0m、1000.0m与1000.4m。坝体浸润线计算采用河海大学《水工结构有限元分析系统程序》（Autobank7.7）計算。

0+055桩号浸润线计算成果见表1。

4.2  主坝非稳定渗流计算

计算工况：正常工作条件为上游正常蓄水位1029.60m降至死水位1026.67m及设计洪水位1034.57m降至汛限水位1029.56m;非常工作条件为水库水位的非常降落，自校核洪水位1038.48m降至汛限水位1029.56m。

经调洪计算，校核洪水位1038.48m经11.55小时降至设计洪水位1034.57m;设计洪水位1034.57m经12h降至正常蓄水位1029.60m;正常蓄水位1029.60m经24小时降至死水位1026.67m。库水位降落计算成果见表1。

根据经验公式，k/（μ.v）<0.1，库水位为骤降;k/（μ.v）>60，库水位为极缓慢降落;0.1

经计算，上游正常蓄水位1029.60m降至死水位1026.67m、设计洪水位1034.57m降至汛限水位1029.56m和校核洪水位1038.48m降至汛限水位1029.56m均为骤降，坝体浸润线来不及降低，仍为水位下降前的浸润线。

5  结论

主坝防渗墙建成后，坝基卵石层中的主要渗漏通道被截断，坝后明显渗漏点水流消失，解决了坝基覆盖层渗漏问题。坝基岩体大部分为弱风化岩，岩体完整坚硬，多属微透水、极微透水和不透水层，不会形成渗漏带，不存在基岩渗漏问题。主坝防渗设施完善，通过渗流、渗透稳定计算分析，坝体浸润线低于排水棱体顶高程或地面高程，渗压水位变化无异常发展趋势，运行中无渗流异常现象，坝体、坝基渗流处于安全状态。

参考文献：

[1] 《云州水库除险加固工程初步设计报告》（2006年2月，河北省水利水电勘测设计研究院）.

[2] SL274-2001.碾压式土石坝设计规范[S].

[3] SL551-2012.土石坝安全监测技术规范[S].