清河水库大坝渗流及渗透稳定复核分析

姜凤海

（辽宁省清河水库管理局，辽宁铁岭 112003）

1 工程概况

水库大坝为复式断面碾压式粘土斜墙砂壳坝，迎水面为块石护坡，背水面为碎石护坡。最大坝高39.6 m，坝长 1 622 m，坝顶宽 6 m，坝底宽 233 m，防浪墙高1.15 m，为浆砌块石，上游面喷混凝土防渗处理。粘土斜墙顶高程为136.30 m，斜墙顶宽3.5 m，滤水坝顶高程为 103 m，顶宽 3 m。

从大坝的监测资料分析看，大坝渗流状态安全，不存在渗漏隐患，但大坝没有高水位运行经验，无法对未来高水位的渗漏情况进行预估，因此有必要进行相应的理论计算分析，进一步判定大坝渗流和渗透稳定情况。

2 计算条件及参数选取

（1）计算指标选取

本次复核计算对《清河水库工程安全评价检测报告》中提供的大坝粘土和砂砾料物理力学特性和1988年抗震计算选取的计算指标进行对比，可以看出主坝坝体筑坝土料符合SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》对筑坝土料的要求。经比较，综合选取渗流计算指标见表1，斜墙粘土渗透稳定计算指标见表2，坝体砂砾料渗透稳定计算指标见表3。

（2）渗流计算边界及计算工况

河床部分坝体斜墙在高程85.00 m由截流齿槽与坝基相连，坝基主要为绿泥石片岩，坝基岩石为新鲜基岩，对吸水率大于0.50 cm／s的基岩进行帷幕灌浆处理。因此，渗流计算边界可认为齿墙深入不透水地基的斜墙碾压土石坝。

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表1 大坝渗流计算指标Table 1 :Indexes of dam seepage calculation

表2 大坝斜墙粘土计算指标Table 2 :Calculation indexes for the sloping wall clay

表3 大坝坝体砂砾料渗透稳定计算指标Table 3 :Indexes in seepage stability calculation of sand-gravel material of dam body

本次渗流安全复核采用以下工况和水位：正常蓄水位 131.00 m；95·7 洪水位为 134.93 m； 复核后设计水位为 135.42 m（p=0.2%）；复核后校核水位为137.22 m（p=0.02%）。渗流稳定计算断面图见图 1。

图1 清河水库拦河坝稳定计算断面图Fig.1 Cross section in the stability calculation of Qinghe water retaining dam

3 渗流及渗透稳定复核

（1）渗流计算

大坝运行多年，土体已经完全固结，因此可采用不可压缩渗流方程，认为渗透系数各向同性。通过粘土斜墙土石坝的渗流稳定，程序采用以下公式进行计算：

式中：q为单位场地坝体的渗流量；hT为斜墙后的渗流水深；h0为下游坝坡处的渗流水深；δ1为斜墙在计算水位处的厚度，m；δ2为石斜墙底部的最大厚度，m。

k1和k分别为斜墙及墙后坝体的渗透系数；α和β为斜墙上、下游边坡与基础底面的夹角；m1和m'1为斜墙上、下游边坡；m2为下游坝坡边坡；H1和H2为上下游水深。

渗流计算成果见表4。

大坝设计粘土渗透系数为 2.35×10-7m／s，砂砾料渗透系数为3.50×10-2m／s， 大坝最大渗流量为0.013 m3／d·m，下游最大逸出高度 0.008 5 m。

对比复核结果可以看出，实际粘土渗透系数较设计小，因此渗流量比设计小，逸出高度比设计低。复核计算逸出点较实测压力值低的原因是计算下游水深取与排水沟平齐，而实际地下水位在地面以下 0.50～2.00 m。

（2）渗透稳定计算

渗透变形形式判别采用GB50287-99《水利水电工程地质勘察与技术规范》附录M中的方法。

粗粒和细粒区分界限粒径：df=

表4 渗流计算成果表Table 4 :Results of seepage calculation

式中：d70、d10为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为70%和10%时所对应的粒径，mm；n为土的孔隙率，由大坝坝体砂砾料渗透稳定计算指标确定砂砾料细粒含量：Pc=38。结论：因为Pc＞P，所以坝体砂砾料发生渗透变形类型为流土。

流土临界水力坡降：Jcr=（Gs-1）（1-n）

式中：Jcr为土的临界水力比降；

Gs为土的颗粒密度与水的密度之比；

K为安全系数，根据工程重要性选为2.0。

渗透稳定计算成果见表5。

坝体浸润线较低，因此实际渗透比降非常小，与复核计算接近，故设计浸润线与复核浸润线一致，复核浸润线为设计浸润线，设计浸润线图见图2。

斜墙上游部分的砂壳透水性很大，故可认为其浸润线与上游水位相平。

斜墙下游之南坝体内浸润线，根据计算hb=0.008 5 m，其值接近于零，无实际意义，故认为下游坝体之浸润线与尾水位相平。

斜墙内部流线分布情形按绘制流网的方法确定，因为坝身、坝基砂砾的渗透系数与粘土心墙渗透系数相差很大，故认为渗透水流在砂砾中无水头损失，斜墙上游坡为一条H=38.3的等能线，尾水位以下部分的斜墙下游坡为H=0的等能线，岩基及截水墙为不透水。

（3）渗流计算和渗透稳定计算成果分析

从大坝渗流计算和渗透稳定计算成果可以看出，大坝渗流量极小，各工况浸润线较低，坝体和斜墙渗透比降均大于允许比降，其他可能发生渗透变形部位均已设置了有效的工程措施，因此，渗透稳定安全可靠。根据SL258-2000《水库大坝安全评价导则》规定，大坝防渗安全等级应为A级。

表5 渗透稳定计算成果表Table 5 :Results of seepage stability calculation

图2 清河水库拦河坝设计浸润线图Fig.2 Designed saturation line of Qinghe water retaining dam

4 结 语

通过对大坝主体渗透稳定进行计算分析，可以判定清河水库坝体运行正常，安全可靠。经过50年安全运行，坝体变形已经平稳，通过坝体定期检查监测，没有发现异常。布设在粘土斜墙下游的测压管观测资料表明，坝体10年前已基本完成大部分沉降，最大达85.00%，后5年沉降趋于平稳，最大沉降仅为9.00%，沉降值在0～8 mm，足以证明上述稳定复核分析是符合实际运行情况的。

[1]SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].中国水利水电出版社.

[2]SL258-2000，水库大坝安全评价导则[S].中国水利水电出版社.

[3]GB50287-99，水利水电工程地质勘察与技术规范[S].中国水利水电出版社.