朴家沟水库左岸坝段渗流预测分析与治理措施

沈 超

(沈阳宝峰建筑工程有限公司，辽宁 沈阳 110319)

1 工程背景

朴家沟水库位于辽宁省盖州市陈屯镇朴家沟村境内冷水河支流上，是一座以灌溉和防洪为主，兼有养殖等其他综合功能的小(2)型水库。水库主要由大坝、溢洪道和输水洞组成。其中水库大坝为均质土坝，最大坝高125.34m。设计水位为118.23m，总库容为267.5万m3。由于水库建成于20世纪70年代初，目前病险问题比较突出。此外，水库修建时的防洪设计标准较低，难以充分发挥其防洪作用。基于此，营口市多方筹集资金，对水库进行除险加固，主要内容是对原有大坝进行加高培厚，将防洪设计标准由原来的20年一遇提高到100年一遇。设计水位也随之提升至135.50m。目前，除险加固工程已经顺利完工并进入试蓄水期。其间，大坝左岸坝后坡脚一直存在翻砂冒水现象，给水库的安全和稳定运行造成一定的影响，也存在一定的风险。此次研究通过数值模拟的方式，对水库大坝左坝段进行渗流预测研究，并根据研究结果提出可行的工程控制措施。

2 ANSYS有限元模型

2.1 有限元模型的构建

ANSYS是美国ANSYS公司开发的一款大型商用有限元分析软件，该软件集结构、流体、电磁场、声场与耦合场分析于一体，被广泛应用于各个研究领域[1]。该软件被用于静力分析时，可以对渗流、应力、位移和温度场分别进行计算，同时可以考虑不同场之间的相互作用，与其他软件相比具有一定的优势。基于此，此次研究选择ANSYS有限元软件进行背景工程数值模拟模型的构建。

严格地讲，海德格尔晚期哲学看似很缺乏政治意味，但如果在宽泛的意义上理解“政治”一词的含义的话，则他的思想和行为、态度又是一种非常明显的“政治哲学”。从海德格尔自身思想道路的发展和晚期哲学的特征来看，他自身的沉默并非一种消极的回避乃至抗拒，而恰恰是一种积极有力的政治表态。这一点可以从以下两个方面做一些追溯：第一个是他在《在通向语言的途中》等著作中关于沉默的道说和天地人神四元游戏即“四重整体性”（Geviert）的镜像游戏的理论；第二个是他晚期受到的道禅等东方思想尤其是其中的否定性智慧的影响。

叙事医学是美国医学界卡伦提出的概念，是将文学与医学相结合，引入文学叙事，研究提升叙事能力。她认为叙事能力是一种吸收、解释、回应故事和其他人类困境的能力，有助于医生提升对患者的共情能力、职业精神、亲和力和自我行为的反思[6]。通过文学作品中关于患者叙事、医生叙事、疾病叙事等呈现，深入了解患者内心世界，拓展医生对疾病的认知，加深对患者的理解，明确对医生职业精神与职业道德的判断与认同。

根据现场调查结果和工程的设计资料，以水库的平面布置图、大坝的剖面图以及地质剖面图为基础，建立三维有限元计算模型[2]。除险加固后的大坝最大坝高为140.20m，设计洪水为135.50m，校核洪水位为137.23m。大坝为均质土坝，内设防渗墙，其上游坡面的坡比为1∶3；在128.00m处设有宽度为2m的一级马道；下游坡面的坡比为1∶2.5；在130.00m高程设计有宽度为2m的一级马道。大坝的左岸坝肩和河床段采用C10混凝土防渗墙和帷幕灌浆防渗结构。大坝左岸坝段的地层自上而下主要有6层，分别为第四系人工堆积素填土、全新统坡积粉细砂、全新统冲洪积淤泥质土、全新统风积粉细砂、上更新统冲湖积粉细砂和上更新统冲湖积粉质壤土。对构建的几何模型采用八节点六面体单元进行网格划分，获得179205个网格单元，195543个节点，有限元模型示意图如图1所示。

图1 有限元模型示意图

2.2 计算条件与参数

针对大坝下游左岸坝坡坡脚部位存在的翻砂冒水现象，设计了贴坡排水和褥垫式排水相结合的处理方案[7]。其中，贴坡式排水设计长度为102.44m，处理范围为水库左岸坝肩的下游护坡至库区道路；褥垫式排水设计长度为95.63m，不仅包括与贴坡排水相接的范围，还需要在坝后坡脚部位沿着坝轴线方向设长56.24m、宽15m的水平段[8]。

根据系统所需要的控制功能，利用西门子STEP 7 MicroWIN SP6 编程软件进行编辑程序，主要功能有：1)手动缠绕功能。2)自动缠绕功能。3)钢带速度控制功能。4)放带速度PID控制功能。5)报警处理。6)自动计米停车功能。7)工字轮两端排线补偿功能。8)钢带排线间隙宽度调整功能。9)数字量，模拟量输入输出控制。10)与显示文本器通讯功能。

表1 模型各部分渗透系数

3 左岸坝段渗流预测分析

3.1 渗透稳定性分析

利用构建的有限元模型，选择0+50和0+75两个典型断面，对采取工程措施后大坝左岸坝段在校核工况下的渗透稳定性进行模拟计算，结果见表5。由表中的计算结果可知，校核工况下0+50断面处坝体和排水棱体接触面部位的最大渗透坡降值为0.163，坝基与排水棱体接触面的最大渗透坡降值为0.122，均小于工程设计中的允许值，满足渗透稳定性的要求。

表2 设计工况下渗透稳定性分析结果

利用上节构建的有限元模型，选择0+50和0+75两个典型断面对大坝左岸坝段在校核工况下的渗透稳定性进行模拟计算，结果见表3。由表中的计算结果可知，校核工况下0+50断面的坝体和排水棱体接触面部位的最大渗透坡降值为0.244，小于工程设计中0.58的坝体渗透坡降允许值，满足渗透稳定性的相关要求；坝基与排水棱体接触面的最大渗透坡降值为0.182，大于工程设计中0.16的坝基渗透坡降允许值，不满足渗透稳定性的要求。

为了保证坝基渗流模拟的顺利进行，需要确定坝基各部分的渗透系数，结合地质调查结果和相关研究经验，确定如表1所示的模型各部分渗透系数[6]。

表3 校核工况下渗透稳定性分析结果

3.2 绕渗流量分析

利用构建的有限元模型，对现状工况、设计工况和校核工况下的绕渗流量进行模拟计算，结果见表4。从计算结果可以看出，随着库水位的升高，无论是翻砂冒水区还是左岸坝段坝后的总绕渗流量都呈现出迅速增加的变化特点。与现状工况相比，设计工况和校核工况的翻砂冒水区渗流量将分别增加131.52%和212.08%，左岸坝后总绕渗流量将分别增加393.62%和609.11%。由此可见，在大坝培高加固之后，由于库水位的升高，翻砂冒水区和左岸坝段坝后总绕渗流量均大幅增加。

表4 不同工况下绕渗流量计算结果

4 工程措施与评价

4.1 工程措施

模型的边界条件主要包括流量边界和水头边界[3]。流量边界可以划分为补给和排泄两大部分。其中，河流和降水为主要的补给来源，而库区的沟谷较为发育，是水体的主要排泄通道[4]。水头边界主要包括定水头、无效水头和变水头。由于背景工程库区的河床透水性较好，边坡表部主要是崩、残坡积层和块碎石土，均可以视为渗透流量边界。在水库正常蓄水之后，可以采用定水头模拟蓄水效果，利用无效水头模拟防渗帷幕和防渗墙的效果[5]。

4.2 工程措施评价分析

利用上节构建的有限元模型，选择0+50和0+75两个典型断面对大坝左岸坝段在设计工况下的渗透稳定性进行模拟计算，结果见表2。由表中的计算结果可知，0+50断面处坝体和排水棱体接触面部位的最大渗透坡降值为0.093，显著小于工程设计中0.58的坝体渗透坡降允许值，完全满足渗透稳定性的相关要求；坝基与排水棱体接触面的最大渗透坡降值为0.131，小于工程设计中0.16的坝基渗透坡降允许值，也满足渗透稳定性要求。

表5 校核工况渗透稳定性分析结果

5 结语

大坝渗漏不仅关系到水库的正常蓄水，还会对大坝的安全稳定性产生直接影响，是水利工程建设中必须要关注的重要方面。此次研究以辽宁省朴家沟水库左岸坝段为例，利用数值模拟的方式探讨分析了大坝加高培厚对大坝坝体和坝基渗流的影响。结果显示，在校核工况下左岸坝段不满足渗透稳定性要求，并结合工程实际提出了贴坡排水和褥垫式排水相结合的处理方案，并对方案进行了评价。当然，此次研究由于缺乏相应的资料，对部分土层的渗透系数采用参照类似工程的方式选取，因此在计算中可能存在一定的误差，在今后的研究中应该增加相应材料的试验研究，以便获得更为科学合理的计算结果。

1998年，扒锅街最大的两棵榕树还在，郁郁葱葱的，爬满了知了，许飞就从知了声中甩着手飞奔进扒锅街，边跑边喊，陈胖子，你妈拿着锅铲来了，快躲起来！