建兴水库大坝渗流计算方法及渗透指标,水利工程论文.docx

建兴水库大坝渗流计算方法及渗透指标,水利工程论文建兴水库位于四川省德阳市中江县富兴镇会棚乡，是一座拦蓄式水库，其工程任务是以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合功能的小1型水利工程。中江县距震中汶川县映秀镇不到100km，水库坝址以上集雨面积18.1km2，总库容170万m3，设计灌面4000亩，设计洪水标准为30年一遇P3.3%，设计洪水位596.28m，校核洪水为500年一遇P0.20%，校核洪水位597.18m。水库正常蓄水位594.20m，死水位583.00m。 大坝为均质土坝，坝顶高程为597.80m，坝顶宽4.4m，最大坝高18.4m，坝顶长91.00m，基础底高程为579.40m。大坝上游坡比为12.25；下游坡比为12.0。工程自1960年12月建成以来，对当地的生产生活起着重大作用，同时发挥了较大的经济效益。 据现场调查，该坝施工时为抢工期，上坝土料不均，碾压不均或不密实，加之无检测手段，导致填筑质量较差。受汶川特大地震影响，坝脚及放空洞出现5处涌水点且有明显浑水流出。2008年7月，据钻孔揭露：坝体填料为黄褐色粘土夹块碎石，粘土呈可塑 硬塑状，碎石、角砾及砂约占15%20%。压水试验表示清楚，浸透系数K变化较大，从1.38 10-5cm/s2.23 10-4cm/s，讲明坝体均匀性较差，浸透系数平均值为1.30 10-4cm/s大于10-4cm/s，不知足规范要求。 工程于2018年进行加除险加固整治，其渗渗整治措施为：坝体充填灌浆，坝基帷幕灌浆。灌浆沿坝轴线布孔，分三序钻灌，施工时严格质量控制，灌浆防渗体浸透系数要求小于10-4cm/s，达10-5cm/s左右。经太多年运行，渗漏整治效果良好。 2 大坝渗流计算方式方法及浸透指标 2.1 计算公式 对于符合达西定律的二向均质、各向同性土体的渗流，当土体已完全固结时，其水头函数符合拉普拉斯方程式：【1】 z：坐标位置高程q：自由面下降或上升时从自由边界流入或流出渗流场的单宽流量 2.1.1 计算断面。根据大坝现场安全检查情况，大坝渗流计算选取实测的老河床断面进行验算，此断面也为最大坝高断面，分析以为采取此断面进行渗流分析计算，基本可反映整个大坝的渗流性态。 2.1.2 材料分区及浸透系数。断面的材料分区是以土工试验及大坝质量评价为基础，并结合现场检查和多年运行情况来确定。整治前坝土体分区主要为坝体填土及排水棱体，整治后坝土体分区主要为坝体填土、灌浆防渗体及排水棱体。 本次渗流计算，各分区浸透系数取值采用室内土工试验成果并结合工程经历体验选取，综合施工会议及运行期大坝质量检查而确定。各分区的浸透系数取值详见表1：【表1】 2.2 荷载组合 根据(碾压式土石坝设计规范SL274-2001及(小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL189-96的规定，土坝渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件，本次渗流计算中考虑了以下水位组合：1上游校核洪水位与下游相应水位；2上游设计洪水位与下游相应水位；3上游正常蓄水位与下游相应水位；4上游校核洪水位降至正常蓄水位；5上游正常蓄水位降至死水位。 根据建兴水库水文复核计算的结果，正常蓄水位为594.20m，设计洪水位为596.28m，校核洪水位为597.18m。 根据溢洪道泄洪能力，上游校核洪水位降至正常蓄水位经历时间最短为6小时；根据放水洞放水能力及春灌的实际情况，上游正常蓄水位降至死水位最短历时25天。 3 大坝灌浆整治前后渗流计算成果 3.1 灌浆整治前渗流计算 按上述五种工况进行大坝渗流计算，工况1至工况3下游坝坡出逸坡降0.45，计算单宽渗流量0.3950.731m3/d，工况4至工况4上游坝坡出逸坡降0.41。通过对建兴水库大坝渗流状况的现场检查和渗流理论计算结果分析，得出如下结论： 1各种计算工况下，计算单宽流量大坝为0.3950.731m3/d.m，大坝总体渗漏量偏大。渗流计算结果与现场调查情况及土工试验是基本一致，即大坝填筑质量差，浸透系数偏高大于规范允许值，渗漏量偏大，因而大坝有必要进行防渗整治。 2据大坝渗流分析，在稳定渗流工况下，在设计洪水位及校核洪水位情况下，浸润线位置距离坡面非常接近，对大坝稳定不利。在前述各工况下，计算断面在上游坝坡最大出逸坡降值为0.41。计算断面在下游坝坡最大出逸坡降值为0.45，经历体验浸透坡降允许值0.46，两者仅相差0.01。应对下游坝坡加以整治，知足坝坡浸透稳定性要求。 3.2 灌浆整治后渗流计算 根据大坝灌浆整治前渗流计算分析结论，结合大坝稳定分析及综合经济指标分析，工程防渗整治方案选用坝体充填灌浆、坝基帷幕灌浆。灌浆孔沿坝轴线布置，钻灌深度至弱风化层下面5.0m。 采用同样的计算方式方法对灌浆整治后的大坝进行计算，计算工况与灌浆整治前工况一样。经计算，工况1至工况3下游坝坡出逸坡降0，即未在坝坡出逸。计算单宽渗流量0.020.04m3/d，工况4至工况4上游坝坡出逸坡降0.41。 通过对建兴水库大坝灌浆整治后渗流计算结果分析，得出如下结论： 1灌浆整治后各种计算工况下，计算单宽流量大坝为0.00380.0128m3/d.m，大坝渗漏量仅为灌浆整治前0.010.02，渗漏量大大减少。 2据大坝渗流分析，在前述各工况下，大坝后坝坡浸润线高度大幅降低，出逸点位于棱体处。在前述各工况下，计算断面在上游坝坡最大出逸坡降值为0.41，下游坝坡最大出逸坡降值为0，经历体验浸透坡降允许值0.46，二者均知足规范规定。 4 结束语 比照分析灌浆整治前及灌浆整治后的两种计算结果，能够看出采用灌浆方案对大坝施行整治是合理可行的。 1灌浆整治前大坝填筑质量差，浸透系数偏高大于规范允许值，渗漏量偏大。采用灌浆方案后有效地解决了大坝渗漏量偏大的问题，弥补了大坝碾压不密实导致浸透系数偏大的缺乏。 2灌浆整治前设计洪水位及校核洪水位情况下，浸润线位置距离坡面非常接近。采用灌浆整治后大坝浸润线高度大幅降低，有效的解决了浸透稳定问题，且对大坝后坝坡稳定有利。 以下为参考文献 1 碾压式土石坝设计规范SL274-2001S 2 顾慰慈土石堤坝的设计与计算M北京：中国建筑工业出版社，2006 3 毛昶熙，等渗流计算分析与控制M北京：中国水利水电出版社，2003.