娄底市水利水电勘测设计院 湖南娄底 417000
摘要：渗流安全是大坝稳定的保证，没有渗流安全就没有大坝安全。本文通过对桎木水库大坝最大坝高处断面进行渗流及坝坡稳定分析计算，其结果为水库大坝坝身与坝基处理提供依据，采取相应措施进行渗流控制。
关键词：坪溪山水库；土坝；渗流分析；坝坡稳定分析
1工程概况
坪溪山水库位于新化县琅塘镇太平管区平乐村，资江一级支流澧溪河上游，地理坐标为东经111°07′30″、北纬27°55′2″，大坝距新化县城46km。大坝2500m为简易公路，交通较为不便。坪溪山水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的山丘小（2）型水利工程。
坪溪山水库为太平水库灌区的高结瓜工程，枢纽工程由大坝、溢洪道、涵卧管等组成。大坝控制集雨面积1.5km2，水库正常蓄水位593.25m，正常库容69.80万m3，20年一遇设计洪水位594.30m，200年一遇校核洪水位594.74m，200年一遇总库容74.44万m3，死水位571.30m，死库容2.9万m3。根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000之规定，该工程等别为Ⅴ等，其主要建筑物为5级。
2 渗流安全评价
2.1 设计施工中采取的渗流控制措施
大坝施工时截水墙清基平均深度约1.0～2.0m，坝基其它部位只将表层的腐殖土、树根、杂草及其它杂物清除，没有对原土层进行全部开挖处理。坝基直接座落在残坡积层上，坝体与坝基原土层接触面存在渗漏。
心墙填筑土料为黄色粘土，填筑密实与均均度较差，坝体填筑土料以灰色、灰黄色砾质粘土、含少量砾的粉质粘土为主，局部碎、块石集中，结构松散。
下游坝脚设置堆石倒滤体，排水效果一般。
2012-2013年除险加固中，对坝基、坝身进行了防渗处理：
（1）沿大坝坝顶上游边线（0+000～0+088）采用粘土固化剂灌浆，灌至基岩的强风化层下限，形成一道完整连续的防渗体。该次坝体和坝基灌浆处理效果较好，目前未发现渗漏现象。
（2）对现有涵洞进口段10m进行拆除重建，涵洞全线进行回填灌浆。对隧洞位于大坝心墙前涵管段进行固结灌浆处理。目前涵洞又存在漏水，经多次查看，涵洞出口水流清淅不浊，水流经涵洞裂缝渗出无带走坝体土料现象。
2.2大坝运行中的渗流现状
大坝2013年除险加固完以后，大坝的主要渗流状况如下：
（1）大坝除险加固时对坝基、坝身采取粘土固化剂灌浆的方式进行防渗处理，灌浆处理效果较好，目前坝基、坝身未发现渗漏问题。
（2）2012-2013年除险加固中，通过回填灌浆填塞漏水通道及涵洞外围空隙，使涵管与坝休之间紧密结合，达到止漏与补强的目的。目前涵洞又出现漏水现象，但出口水流清淅不浊。
2.3 大坝渗流安全性能的分析与评价
2.3.1 渗流分析采用的方法
渗流安全分析主要有现场检查法、监测资料分析法、计算分析（模型试验）与经验类比法及专题研究论证法。
坪溪山水库土坝无原始渗流观测资料，因而在土坝渗流稳定分析时，只能结合原土坝施工、除险加固情况及地质钻探和本次土工试验结果主要从以下两个方面的主要内容进行分析：
（1）根据坝体土料特性，对大坝进行经典渗流理论计算，以校核坝体浸润线；
（2）验算坝体及坝基局部地区的渗透坡降，进一步论证大坝渗流稳定。
2.3.2 计算断面确定
大坝渗流计算面选取大坝典型断面为计算断面，以地质提供的该断面材料基本参数做为为渗流计算所需选用参数。
2.3.3 渗透指标的确定
本次计算断面的渗透分区主要根据地质勘探的结果，按照现场所取原状样的室内土工试验及现场注水试验，综合大坝建设和运行管理情况，将大坝计算断面划分为4个渗透分区，各渗透分区材料的渗透系数见表2-1，给水度μ计算公式如下：
2.3.4 计算程序说明
本次大坝渗流计算分析采用北京理正岩土计算软件6.0版渗流分析计算程序。
2.3.5 渗流计算
2.3.5.1 渗流计算工况的确定
根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）规定：渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利情况，渗流计算分析按以下组合（工况）进行：
（1）上游正常蓄水位与下游相应的最低水位。
（2）上游设计洪水位与下游相应的水位。
（3）上游校核洪水位与下游相应的水位。
（4）上游库水位降落时上游坝坡稳定最不利情况。
2.3.5.2 稳定渗流计算内容及结果
按照规范要求，本次稳定渗流计算按正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位三种控制水位进行复核、分析：
①上游正常蓄水位，下游边界取下游地面出渗高程作为下游不利水位。
②上游设计洪水位，下游边界取下游地面出渗高程作为下游不利水位。
③上游校核洪水位，下游边界取下游地面出渗高程作为下游不利水位。
2.3.5.3 非稳定渗流计算内容及结果
1）工况的确定
假设时段内无降雨，输水涵洞以允许最大流量快速往下游宣泄库水。此种情况作为非稳定渗流计算。库水位降落期分成5个时段进行非稳定渗流计算，各时段的上游水位值及相应的时间间隔见表5-2。
根据所取断面渗流计算结果可知：①大坝心墙和坝坡渗透坡降值小于其允许的渗透坡降，因此大坝坝体不会产生渗流破坏。
②大坝经粘土固化剂筑防渗心墙处理后，大坝浸润线明显降低，因此该断面渗透坡降满足规范要求，有利于大坝稳定。
2.4分析结论与建议
据渗流计算及现场查看分析得出以下结论：
①大坝渗透坡降值小于坝体允许的渗透坡降，因此大坝坝体不会产生渗流破坏。
②大坝防渗心墙和坝壳土料本相近，不满足防渗心墙土料要求，对降低大坝浸润线效果不明显。
③大坝坝体和坝基基岸强风化层经粘土固化剂筑防渗心墙处理后，大坝浸润线明显降低，有利于大坝稳定。
3 结构安全评价
3.1 工程存在的主要变形及稳定问题
（1）大坝涵洞漏水，可能存在结构性破坏裂缝。
（2）溢洪道左岸山体较陡，岩体属风化页岩，岩石裸露，风化严重，时有崩塌，危及水库泄洪安全。
3.2 稳定分析
3.2.1 计算断面和参数的选取
（1）大坝坝坡抗滑稳定计算断面选取
本次根据2012年水库除险加固时地勘资料选取断面（0+065）为计算断面，该断面进行了地质钻孔试验，选取该断面地勘实验提供大坝材料的物理力学指标。
（2）本次计算断面的材料分区主要根据地质勘探的结果，按照现场所取原状样的室内土工试验及钻孔柱状图，并根据实际情况利用压水试验数据，综合大坝建设和运行管理情况确定稳定计算各材料的分区及指标，各种物理力学指标见表3-1。
考虑孔隙水压力，不考虑渗透压力，采用近似方法计算。
稳定渗流期及水库水位降落期的坝坡稳定安全系数由稳定计算公式计算求出。
式中：
b——条块宽度；
w——条块实重，w=w1+w2+rwzb；
w1——在坝坡外水位以上的条块实重；
w2——在坝坡外水位以下的条块浮重；
z——坝坡外水位高出条块底面中点的距离；
u——稳定渗流期或水库水位降落期或地基中的孔隙水压力；
β——条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；
c＇φ＇——有效应力强度指标；
计算时软件自动求解滑动面稳定安全系数和滑弧圆心和半径，因而不需要人为去改变滑弧圆心和半径，计算出相应情况下kc值进行比较，最后确定kcmin、滑弧圆心及半径。
（三）抗滑稳定安全系数
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规范要求，采用简化毕肖普法计算时，4级建筑物在正常运用条件下，坝坡最小抗滑稳定安全系数为1.25，在非常运用条件下，坝坡最小抗滑稳定安全系数为1.15。
3.2.3坝坡抗滑稳定计算内容及结果
3.2.3.1坝坡抗滑稳定计算工况的确定
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，稳定分析中应计算的土石坝四个时期为：
（1）施工期（包括竣工期）的上、下游坝坡。
（2）稳定渗流期的下游坝坡。
（3）水库水位降落期的上游坝坡。
（4）正常运用遇地震的上、下游坝坡。
依照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求和水库实际运用情况，该水库已经竣工运行很长时间，且位于地震六度地区，第一、四个时期可以不用计算。因此对选定断面抗滑稳定分别进行了下列工况的计算：
a）正常运行情况
1）正常蓄水位下形成稳定渗流时的下游坝坡稳定；下游边界取下游地面出渗高程作为下游水位；
2）设计洪水位下形成稳定渗流时的下游坝坡稳定；下游边界取下游地面出渗高程作为下游水位；
b）非常运行情况
1）校核水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡稳定，下游边界取下游地面出渗高程作为下游水位；
2）水库水位自校核洪水位骤降至死水位时的上游坝坡稳定，下游边界取下游地面出渗高程作为下游水位。
3.2.3.2 计算结果
计算成果见表3-2。
从坝坡稳定计算成果表可以看出，上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范允许值，该水库大坝为5级建筑物，因此该水库大坝分级按《水库大坝安全评价导则》和《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中文字描述，大坝结构安全定为B级。
3.3其它建筑物安全评价
3.3.1输水建筑物结构安全评价
2012-2013年除险加固中，通过回填灌浆填塞漏水通道及涵洞外围空隙，使涵管与坝体之间紧密结合，从而达到止漏与补强的目的，目前涵洞又出现漏水。综合认为输水涵管结构存在安全隐患。
3.3.2溢洪道结构安全评价
2012-2013年除险加固中，溢洪道底板、侧墙采用C20钢筋砼衬砌，目前溢洪道运行良好。
因此认为溢洪道结构安全。
3.3.3其他安全评价
溢洪道左岸山体较陡，岩体属风化页岩，岩石裸露，风化严重，时有崩塌，危及泄洪安全。
3.4综合评价
坪溪山水库大坝坝体抗滑稳定计算上、下游坝坡满足规范要求，根据大坝安全评价导则定为B级。溢洪道运行良好，不危及大坝安全。输水涵管结构存在安全隐患。溢洪道左岸山体危及泄洪安全。因此根据《水库大坝安全评价导则》，坪溪山水库大坝稳定结构安全评价：C级。
4 结语
本文通过对水库大坝典型断面进行渗流计算，得出在各特征水位下坝体浸润线图、单位坝段恒定渗流量及下游坝坡的溢出坡降。由于大坝坝体填筑质量差，透水性较大，稳定渗流情况下大坝内浸润线较高。因此，大坝坝体不存在局部渗透破坏的可能性。所以，在水库除险加固中，要积极采取防渗措施对坝身和坝基进行渗流控制，以保障大坝稳定安全。
参考文献：
[1]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].北京.中国水利水电出版社，1996.
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[3]刘杰，武建萍，高丽梅.水库除险加固后大坝的渗流稳定分析[J].内蒙古农业科技.2010（01）：57
论文作者:廖欣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：大坝论文; 下游论文; 稳定论文; 水位论文; 断面论文; 水库论文; 坝基论文; 《基层建设》2019年第19期论文;