常坡水库大坝渗流稳定分析

张 峰

（晋城市水利水电规划处，山西 晋城 048000）

1 概况

常坡水库位于泽州县大东沟镇常坡村东北约500m的长河支流上，坝址以上流域长3.72 km，控制流域面积10.33 km2，是一座以防洪为主的小型水利工程。水库于1970年动工兴建，1971年竣工，枢纽工程由大坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。经加固，大坝最大坝高22.5 m，坝顶长276 m，坝顶高程822.5 m，防浪墙顶高程823.2 m。大坝上、下游坝坡坡比均为1:2.5。坝脚反滤体为棱体排水。根据水库最新洪水复核计算，水库300年一遇校核洪水位为821.49 m，30年一遇设计洪水位为820.8 m。该水库无竣工验收资料，建库时由于受历史条件限制，资料短缺、资金不足，且未采取质量控制措施，致使工程质量较差，遗留问题较多，后虽经多次维修改造，但大坝仍存在渗流方面的安全隐患，因此，需对大坝进行渗流计算分析，为大坝下一步安全加固提供科学依据。

2 大坝渗流计算分析

2.1 简化条件及土料参数的选取

根据钻探成果，此次勘察在坝顶布置了4个钻孔，对坝体土取土样进行室内土工试验及钻孔标贯试验。结合地质资料，坝体土干密度为1.64～1.76 g/cm3，平均值为1.70 g/cm3，天然含水率为14.32%～21.97%，平均值为18.7%，湿度分布不均，渗透系数2.05×10-7～1.67×10-3cm/s，平均值为 5.58×10-4cm/s，渗透性等级为中透水—微透水；天然状态下压缩系数av1-2为0.09～0.33 MPa-1，平均值 0.20 MPa-1，多具中等压缩性。据剪切试验成果，取平均值Ccu=36.6 kPa，φcu=13.9°。

坝基为全新统洪冲积低液限黏土，下伏中更新统低液限黏土夹黏土质砂。低液限黏土渗透性较弱，其下黏土质砂具中等透水性，为坝基渗漏通道。为便于计算，对由多层土层组成的层状地基，采用《渗流计算原理及应用》中的“层状土的平均渗透系数”计算方法，将坝基低液限黏土夹黏土质砂视作一层作为透水地基，由于该透水层埋藏较浅，计算深度取实际深度，按有限深透水地基上的均质土坝渗流计算方法进行计算。

根据常坡水库坝体土工试验结果及土料场试验成果，大坝坝体土渗透系数为5.58×10-6cm/s，坝基粉质黏土渗透系数为2.11×10-5cm/s。

2.2 渗流计算

根据水文计算，常坡水库正常蓄水位819.20 m，设计洪水位820.80 m，校核洪水位821.49 m，坝下游无水。根据《碾压式土石坝设计规范》规定，土坝渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件。实际计算工况是：上游正常蓄水位与下游无水；上游设计洪水位与下游无水；上游校核洪水位与下游无水；库水位从校核洪水位降至正常蓄水位。

透水地基上的均质土坝由于地基透水的影响，坝体浸润线降低。如按不透水地基的浸润线计算偏于安全。计算浸润线时，近似考虑地基透水影响。根据《堤防工程设计规范》进行透水地基均质土坝渗流计算。

大坝渗流和浸润线计算成果分别见表1、表2。根据计算结果可知，除险加固后，大坝在正常蓄水位、30年设计洪水位、300年校核洪水位以及校核洪水位降落至正常蓄水位下坝内的浸润线较低，没有从下游坝坡出逸，整体安全性较好。

表1 渗流计算成果

表2 大坝浸润线计算成果

3 结语

按照《水利水电工程地质勘察规范》进行渗透变形形式的判别可知，渗透变形形式与建筑物的地质条件、土的性质、颗粒组成情况、渗流出口的保护程度以及水力条件等因素有关，通常归纳为管涌、流土、接触流土和接触冲刷四种。前两种形式是对单一土层而言，后两种形式发生在多层土的情况下。因此在各种水位下，坝体均不会发生渗透破坏，重建排水棱体后，有效降低了地基渗透压力，坝体各部分土体渗透坡降明显减小，对下游坝脚起到了保护作用。