甘肃永昌皇城水库大坝安全评价分析

2023-10-10何永祥

水利科学与寒区工程 2023年9期

何永祥

(永昌县皇城水库管理所，甘肃金昌 737200)

1 研究数据及方法

1.1 研究区概况

皇城水库原名皇城滩水库，位于甘肃省张掖市肃南裕固族自治县皇城镇境内，南距青海省门源回族自治县62 km，北距永昌县城47 km，距金昌市区110 km。坝址位于东大河上游的骆驼脖子处，属石羊河流域，控制流域面积1030 km2，总库容8000万m3，是一座以工农业用水为主，结合防洪、发电的综合利用中型水库。水库正常蓄水位2542.0 m，汛期限制水位2539.8 m，最低运行水位2520.0 m。防洪标准为100 a一遇，设计洪水位2542.7 m；1000 a一遇洪水校核，校核洪水位2543.7 m。工程等别Ⅲ等，主要建筑物级别3级，抗震设防烈度Ⅷ度[1-8]。

1.2 计算断面和渗透系数的选取

大坝共布置22个渗流压力测点，位于0+060、0+165、0+265、0+375、0+425断面。因0+165断面较大，可用于对比计算浸润线和实测浸润线，验证计算成果合理性。因此，本次安全评价选取0+165为计算断面。根据大坝断面特点和历次地勘成果，将计算断面划分成砂砾石坝体、壤土斜墙、混凝土防渗墙、贴坡排水体、河床卵石覆盖层、基岩强风化带、基岩相对不透水层等分区。

根据设计资料和2020年安全鉴定资料。大坝0+165断面渗流计算各区渗透系数初始值见表1。

表1 大坝 0+165 断面渗流计算各区渗透系数初始值

1.3 坝坡抗滑稳定计算

坝坡抗滑稳定计算根据规范选用简化毕肖普法，计算公式如下：

(1)

式中：W为土条重量，kN；V为垂直地震惯性力(向上为负，向下为正)，kN；α为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，(°)；u为作用于土条底面的孔隙压力，kN/m；b为土条宽度，m；φ′为土条底面的内摩擦角，(°)；c′为土条底面的凝聚力，kPa；Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩，kN·m；R为圆弧半径，m。

根据《水库大坝安全评价导则》(SL 258—2017)，对3级以下的中低坝，采用直接慢剪试验指标进行计算。2020 年安全鉴定地勘试验方式为原状快剪和饱和快剪，因快剪试验参数偏安全，因此，本次复核计算仍采用前期地勘饱和快剪试验指标，各主要分区材料物理性质指标与力学参数见表2。

2 结果与分析

2.1 皇城水库大坝渗流安全分析

2.1.1 大坝渗透系数反演分析

2022年4月1日库水位(2541.18 m)相对较高，以当日0+165断面渗流压力监测数据可绘制实测浸润线。2022年4月1日K07、K08、K09水位分别为2497.02 m、2496.99 m、2496.47 m，下游水位2495.53 m，以此水位为参照进行反演分析。以表1中的初始渗透系数为基础，实测测压管水位为参照标准，做逐步调整渗透系数的反演计算，直至计算值与实测测压管水位较为接近。经调整0+165断面壤土斜墙渗透系数为5×10-6cm/s，渗流计算浸润线与实测浸润线较为接近[9]。

2.1.2 特征水位下渗流计算分析

以反演计算确定的0+165计算断面各区材料渗透系数为依据，作特征水位下渗流有限元计算分析，特征水位计算工况见表3。

壤土斜墙消杀约90%的水头，起到了主要的防渗作用，渗流不会从下游坝坡出逸。混凝土防渗墙计算最大渗透坡降为54.2，未超过混凝土防渗墙允许渗透坡降经验值 80～100，混凝土防渗墙渗透稳定。壤土斜墙下游渗流出口部位计算最大渗透坡降 0.19，根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)计算得坝体壤土斜墙允许渗透坡降为0.74，计算最大渗透坡降小于允许坡降值，且壤土斜墙下游与砂砾石坝体接触处设置厚70 cm的反滤层，壤土斜墙下游渗流出口渗透稳定。三种工况下最大总渗漏量约为149万m3/a，占多年平均来水量比例较小，因此，大坝渗漏量总体不大。综上可见，渗流计算复核表明大坝渗流安全[10-15]。

2.1.3 输水发电隧洞、输水泄洪隧洞渗流安全评价

输水发电隧洞(1#隧洞)与输水泄洪隧洞(2#隧洞)均设在大坝左岸，均为岩体中开凿的深式进口圆形压力隧洞，直径4.0 m，纵坡1/200；进口底板高程均为2506.0 m，略高于坝址河床高程；岩石坚硬完整，透水性小，无软弱夹层，无大断层通过。两座隧洞工程地质条件总体较好。根据现场检查情况，两座隧洞出口未见异常渗水现象，输水泄洪隧洞衬砌表面存在局部渗水、破损等缺陷，暂不影响工程安全运行，两座隧洞渗流基本安全。