白莲崖大坝渗透压力监测分析

李君廷

(安徽省临淮岗洪水控制工程管理局，安徽 合肥 230088)

水库大坝安全运行极其重要，对于大坝各种数据监测及分析方法，国际和国内都有一整套的规程规定，但是每座大坝的地理位置都有不同，坝型、高度、地质条件等均有区别。白莲崖水库大坝监测数据有多种、多组，如环境量监测、大坝变形监测、大坝渗流监测、坝体内部监测、泄洪设施监测等。大坝渗流监测又有渗透压力、渗漏量等监测。本文对大坝渗透压力进行定量分析，综合评价大坝安全状态，提出监测建议。

1 工程简介

白莲崖水库在淮河南岸主要支流淠河的主源漫水河上，佛子岭水库大坝上游26km处，东淠河流过霍山县城在下游33km的六安市裕安区两河口处与西淠河相会为淠河，淠河向北流经横排头、六安市城区继续北流130km至寿县正阳关西南注入淮河。淠河横排头以上流域面积4370km2。白莲崖水库流域面积745km2，占佛子岭水库流域面积1840km2的40.5%。水库于2006年5月开工建设，2009年5月下闸蓄水。

大坝为碾压混凝土坝，坝型为抛物线双曲变厚拱坝,坝顶高程234.60m,坝基高程130.00m,最大坝高104.6m,正常蓄水位208.00m,汛期限制水位205.00m,设计洪水位209.24m,校核洪水位234.50m,死水位180.00m。两岸地形非对称,坝轴线与河道中心线斜交。拱坝中心线走向NE5°5′29.9″，拱冠处坝顶曲率半径右岸为189.41m、左岸为199.81m，底拱右岸半中心角26.3060°，底拱左岸半中心角25.5511°，顶拱右岸半中心角47.5°，顶拱左岸半中心角39.185°，坝顶宽8.0m，拱冠处坝底最厚处30.064m,厚高比为0.287;坝顶弧长421.860m,弧高比为4.033;弦长366.99m,弦高比为3.509。

坝体泄洪中孔共3孔；左岸单独一孔，右岸两孔平行并排布置，三孔总泄量3895m3/s。三道泄洪中孔下游泄槽均为滑雪道式，末端为挑流消能。泄洪底孔布置于左岸，采用“龙抬头”式无压隧洞，由闸门井、龙抬头段和下平洞三部分组成，出口末端采用挑流消能。发电引水隧洞总长1813.03m，包括进水口、洞身段、调压井三部分。电站装机2×25MW。

2 工程区域地质概况

工程位于大别山在安徽境内主干山脉的北侧,其山脉和水系均明显地受区域地质构造的影响和控制，大多呈NWW和NE走向。本工程库区和坝址所在的山区，四周群峰簇拥，山体雄伟厚实，河流与冲沟切割剧烈，构成库区主河道的漫水河，自SW向NE斜切山脉，穿越于群山峻岭之中，受本区N50°E与N70°W两组主要断裂控制而迂回曲折。两岸近河山脊高出河水面200～300m以上，谷坡陡峻，坡角一般在30°以上，亦有达到50°的，局部可出现悬崖，坡积覆盖层厚一般0～2m；河床狭窄，坡降较大，急流浅滩多，近代冲积物零星浅薄，只在河流拐弯的凸岸一侧，有1～3m厚漂石、砂卵石组成的狭长滩地。

坝址区出露基岩岩性主要为前震旦系水竹河组角闪斜长片麻岩以及燕山期细粒花岗岩两种，为坚硬岩石。在花岗岩与片麻岩中尚分布有灰黄夹绿色蚀变岩石，大部分受构造影响，沿断裂构造分布，在新鲜时强度较高，岩体完整，为中硬岩石，但抗风化能力较差，出露在地表一般为强风化。

3 扬压力监测资料分析

白莲崖大坝共设有32个大坝渗透压力监测测点，其中P-0I-P-11为坝基纵断面渗压计，从11坝段到1坝段方向，每个坝段依次布置一个：P-12-P-21为坝基横断面渗压计，从坝踵到坝趾方向，6号坝段依次布置P-12-P-15，5号坝段依次布置P-16～P-18，4号坝段依次布置P-19-P21；P-22-P-32为坝体渗压计，在6号坝段从上游坝面至下游坝面方向，于高程141.00m处依次布置P-22-P-26,于高程172.00m处依次布置P-27-P-29,于高程195.00m处依次布置P-30-P-32。其中P-12-P-32系列起止时间为2008年1月11日—2017年9月7日，P-01-P-11系列起止时间多为从2009年开始，2017年9月7日结束。由于仪器故障，P-04与P-11两个测点测值失效，有效测点30个。

白莲崖大坝共设有7个扬压力监测测点，测孔布置在3号坝块～9号坝块内，测孔编号为UP-I～UP-7。从2009年开始基本每天监测1次。各测孔监测起止时间为2009年4月15日—2017年9月7日。

大部分数据测值都存在突起突降现象。

对大坝监测资料进行整理，绘制扬压力测点实测过程线(见图1～图16)。

图1 典型日横向扬压力分布

图2 典型日纵向扬压力分布

图3 扬压力P-01测点实测过程线

图4 扬压力P-02测点实测过程线

图5 扬压力P-05测点实测过程线

图6 扬压力P-21测点实测过程线

图7 扬压力P-22测点实测过程线

图8 扬压力P-23测点实测过程线

图9 扬压力P-24测点实测过程线

图10 扬压力P-25测点实测过程线

图11 扬压力P-26测点实测过程线

图12 扬压力P-28测点实测过程线

图13 扬压力P-29测点实测过程线

图14 扬压力P-30测点实测过程线

图15 扬压力P-31测点实测过程线

图16 扬压力P-32测点实测过程线

3.1 扬压力监测资料变化规律分析

a.大部分测点在2008年测值较低，2009年时扬压力上升，之后稳定在一定范围内,主要受库水位的影响,随库水位的升降而升降。2010—2017年间，扬压力受温度变化影响较大，温度升高，扬压力降低，反之温度降低，扬压力升高。UP-5测点在2011年有一个突降，可能是排水孔堵塞所致。

b.P-21测点测值一直在缓慢地上升，P-22～P-26测点在2009年和2010年有突起情况，2010年年末回复，以后平稳。P-28～P-32存在周期性起伏现象，因温度波动，夏低冬高。

c.周期性变化规律不强的测点受库水位的变化影响较大，库水位上升，测值上升，库水位下降，测值下降。降雨量对大坝扬压力也有影响，降雨越多,扬压力越大，且库水位和降雨量对扬压力的影响都有一定的滞后效应。

3.2 扬压力监测资料特征值分析

除去突变点后，统计了2008—2016年大坝渗透压力特征值及2010—2016年扬压力测孔特征值,包括极大值、极小值、最大年变幅、最小年变幅、最大年均值和最小年均值(见表1)。

表1 大坝扬压力特征值统计 单位：m

a.极值分析。分析库水位对扬压力影响时，扬压力较大值一般发生在库水位较高的时期，而较小值通常发生在库水位较低的时期；分析降雨量对于大坝渗透压力影响时,大坝渗透压力较大值一般发生在降雨量较大时段，而较小值通常发生在降雨量较小时段。

扬压力极大值为197.12m(2015年4月7日)，发生在P-12测点，其次为195.32m(2016年1月25日)，发生在P-01测点；各测点极大值范围为136.42～197.12m。扬压力极小值为129.39m(2011年5月24日)，发生在UP-5测点，其次为132.51m(2008年4月1日)，发生在P-21测点；各测点极小值范围为129.39～194.70m。

b.年变幅分析。扬压力最大年变幅为43.36m(2009年)，发生在P-12测点，其次为42.94m(2010年)，发生在P-22测点；各测点最大年变幅范围为0.33～43.36m。最小年变幅为0.18m(2015年)，发生在P-21测点，其次为0.23m(2016年)，发生在P-23测点；各测点最小年变幅范围为0.18～9.06m。

c.年均值分析。扬压力最大年均值为195.06m(2016年),发生在P-01测点,其次为194.99m(2016年)，发生在P-30测点；各测点最大年均值范围为136.33～195.06m。最小年均值为132.85m(2012年)，发生在UP-5测点，其次为133.37m(2009年)，发生在P21测点：各测点最小年均值范围为132.85～194.86m。

由以上分析可以看出：岸坡坝段的坝基扬压力较大，河床坝段扬压力较小。同一个坝段，同一高程，越靠近下游，扬压力越小，坝体内部，高程越高，扬压力越大。

3.3 扬压力折减系数分析

扬压折减系数计算公式为

式中αi——第i个测压孔的扬压折减系数；

Hi——第i个渗压计的实测扬压水位,m；

Hu——上游水位,m；

Hd——下游水位,m，当测孔对应的基岩高程高于下游水位时，Hd用基岩高程代替。

应用上式计算了各测点各时刻的渗透压力系数。统计了2016年7月2日，库水位为206.92m时，各测点在高水位时段(水位高于200m)的渗透压力系数(见表2)。

表2 典型日高水位时段各测孔渗透压力折减系数统计

续表

a.白莲崖水库大坝纵向扬压力呈现出河床坝段渗压系数较大、岸坡坝段渗压系数较小的分布规律：大坝横向扬压力呈现出帷幕前测点的渗压系数较大、帷幕后测点的渗压系数较小的分布规律。

b.布置于帷幕前的P12、P16和P19三个测点的渗压系数分别为0.95、0.72和0.24，其余布置于帷幕后测点的渗压系数均小于0.27。

c.白莲崖水库坝基扬压力折减系数最大值为0.269，出现在8号坝段的P-08测点处，其次为0.219，出现在6号坝段的P-06测点处，大坝扬压力折减系数均较小，尤其是岸坡坝段扬压力折减系数远小于规范值，监测资料表明大坝帷幕防渗效果良好。

4 大坝扬压力变化规律评价

通过对大坝扬压力的定量和定性分析，基本得到其变化规律：

总体上，越靠近岸坡坝段坝基扬压水位越高，受库水位、山坡地下水位和温度变化影响也较大；越远离岸坡坝段坝基扬压水位越低，受库水位、山坡地下水位和温度变化影响也相对较小。对于同一坝段同一高程的横向扬压力监测点，越靠近下游，扬压水位越小。

大部分扬压力变化受库水位变化的影响较大，库水位升高则扬压水位上升，库水位下降，则扬压水位降低，并且扬压水位变化滞后于库水位的变化。

温度变化对测点扬压水位变化也有显著的影响，统计模型分离成果表明，坝基扬压水位的温度分量约占15%，各个测点扬压水位的温度分量也存在一定差异，即温度变化对不同位置的测点扬压水位影响程度不同。

降雨量对扬压力水位有影响，孔水位变化的降雨量分量约占10%。靠近山坡的P-20等测点扬压水位受降雨影响较大，应关注。

时效对大坝扬压力的影响较小，P-21测点自蓄水到2014年底扬压力水位由132.51m上升至136.42m，P-29测点自2013年8月到2014年12月测值由171.70m上升至172.85m，这两个测点曾产生一定的时效变化，但它们的测孔水位变幅不大，且2015年初至今扬压力水位变化平稳，时效分量趋于收敛。除上述两个测点外，其余测点的扬压力水位变化平稳，无明显趋势性变化。

白莲崖水库大坝纵向扬压力呈现出河床坝段渗压折减系数较大、岸坡坝段渗压折减系数较小的分布规律;大坝横向扬压力呈现出帷幕前测点的渗压折减系数较大、帷幕后测点的渗压折减系数较小的分布规律。

大坝坝基扬压力折减系数最大值为0.269，出现在8号坝段的P-08测点处，其次为0.219，出现在6号坝段的P-06测点处，大坝扬压力折减系数均较小，尤其是岸坡坝段扬压力折减系数远小于规范阈值，表明大坝帷幕和排水措施的渗流控制效果较好。

综上所述，白莲崖水库大坝坝基扬压力主要受库水位变化的影响。大坝坝基渗压折减系数呈现出河床坝段大于岸坡坝段、帷幕测点大于帷幕后测点的分布规律。

5 结 语

通过对白莲崖水库大坝监测资料进行统计分析，并对在监测中发现的疑点和异常及时进行成因分析，大坝帷幕防渗效果较好，各测点的扬压力水位变化平稳，无明显异常趋势。大坝在运行过程中，每3～5年须对监测资料进行一次全面分析，并及时修正相关指标，确保白莲崖水库大坝安全运行。