黄土高原地区均质土坝渗流分析

徐喜刚

（庆城县水务局 水利建设管理站，甘肃 庆阳 745100）

水库水位的周期性变化引起库区滑坡的现象日益增多，成为常见的地质灾害之一[1]。土石坝运行中，人工调蓄，自然降雨等因素的影响，库水位迅速变化会使坡内孔隙水压难以及时消散，减小土料的有效应力，降低土体抗剪强度，从而引起坝坡失稳破坏[2]。水位的渗透力与渗透坡降成正相关关系，水位下降幅度越大，渗透坡降也越大，渗透力也越大，非稳定渗流而引起的渗透力，使边坡的滑动力矩增大，减小了土壤的抗剪强度，对土质边坡的稳定性产生不利影响，同时使得坝坡的稳定系数下降，是引起土石坝坝体破坏的主要原因[3]。系统全面地监测和分析库水位变化条件下的土石坝渗流稳定问题具有重要的意义。

1 工程概况

芡子沟水库位于甘肃省庆城县庆城镇莲池村陈家庄组芡子沟沟口上游245 m 处，是一座注入式抗旱应急小型水库，2018 年11 月开始蓄水运行，解决了县城周围12.73 万人的用水问题，同时成为庆阳市市区应急水源工程的水源。工程由水库、挡水坝、溢洪道、输水建筑物等组成。总库容319.6 万m3，坝体采用均质土坝，坝高51.6 m，坝顶长度205.41 m，坝顶宽6 m，水库设计死水位1083.2 m，正常高水位1096.6 m，设计洪水位1097.49 m，校核洪水位1098.29 m，水库建基高程1051.8 m，坝顶高程1099.6 m，防浪墙顶高程1100.8 m，坝下设置结合槽[4]。

2 监测布设

坝体渗流压监测。大坝渗流监测主要有大坝坝体内部测压管。渗流观测分别在坝横0+055、0+085、0+125设置3 个监测断面，沿断面设置4 组监测点，分别为坝纵0-005、0+005、0+032、0+075，共12 个测压管。

表1 渗流观测管位置及参数表

3 渗流观测资料分析

3.1 不同坝纵断面渗流分析

如图1 所示，水库水位在年度内呈先升后降的趋势，于2020 年9 月6 日和2021 年9 月12 日达到最大水位，分别为1089.45 m 和1089.7 m。在坝纵0-005 断面上C1、C5、C9 测压管液面高度为零。在坝纵0+005断面上C2 测压管液面高度平均为2.21 m，液面高度受水库水位影响较大，变化趋势稍微滞后于水库水位；C6测压管液面高度随时间变化逐渐平缓，2020 年9 月底开始为零；C10 测压管液面高度为零。坝纵0+032 断面上C3 测压管液面高度平均为11.99 m，液面高度受水库水位影响较大，变化趋势稍微滞后于水库水位；C7 测压管液面高度随时间变化逐渐平缓，液面高度基本不受水库水位影响；C11 测压管仅在20220 年8 月至9 月短时间出现液面高度，平均为0.3 m。坝纵0+075 断面上C4 测压管渗流液面高度平均为2.97m，液面高度受水库水位影响较小；C8、C12 测压管液面高度为零。

图1 不同坝纵断面渗流图

3.2 不同坝横断面渗流分析

如图2 所示，坝横0+055 断面上C1 测压管液面高度为零；C2、C3 测压管液面高度受库水位影响较大，随库水位变化趋势相同，但稍有滞后；C4 测压管液面高度受库水位影响较小。坝横0+085 断面上，C5、C8测压管液面高度为零；C6、C7 测压管液面高度受库水位影响较小。坝横0+055 断面上C9、C10、C11、C12液面高度均为零。

图2 不同坝横断面渗流图

3.3 不同坝横断面坝体浸润线

根据各测压管数据，绘制坝横不同断面坝体最大浸润线，如图3 所示。坝横0+055 断面上，C1 测压管处坝体浸润线低于1078.37 m；坝横0+085 断面上，C5 和C8 测压管处坝体浸润线分别低于1078.38 m 和1056.86 m；坝横0+0125 断面上，仅C1 测压管处浸润线在2020年8-9 月份高于1056.99 m。总体来看，由坝左向坝右坝体浸润线逐渐降低，坝体浸润面整体较低。

图3 不同坝横断面坝体浸润线图

4 结语

水库大坝的安全运行是发挥水库效益的保证，水库大坝渗流监测的应用，是提升水库安全运行性的重要手段，水库渗流监测的应用能够为分析水库渗流稳定分析提供数据支撑，为水库大坝的稳定运行奠定基础。通过对近2 年水库大坝渗流观测数据分析，芡子沟水库坝体不同部位的浸润过程线都与坝前蓄水位过程线变化基本一致，浸润线最高水位与坝前最高蓄水位相对滞后，越到下游滞后时间越长，符合坝体浸润线变化相对滞后坝前蓄水位过程线的正常规律。坝体从坝左向坝右，坝体扬压力逐步降低，表明坝体左侧扬压力大于坝体右侧扬压力，在相同坝横断面上的坝体浸润线由坝左向坝右逐步降低。