下株梧水库大坝渗流计算与分析

张民，江宁宁，刘世学

（1.安丘市下株梧水库管理局，山东安丘262125；2.山东省南水北调工程干线公司，山东济南250013）

1 工程概况

下株梧水库位于山东省安丘市西南部潍河水系渠河支流岔河中游，是一座具有防洪、灌溉、水产养殖等综合利用的中型水库，总库容1620万m3，兴利库容942万m3，控制流域面积32 km2。水库于1958年10月开工，1959年12月建成主体工程。大坝为均质坝，坝顶长530 m，坝顶高程119.70 m，坝顶宽5.0 m，最大坝高20.87 m，防浪墙顶高程120.70 m。

2 渗流计算工况及结果

目前，大坝坝体测压管共12支，在桩号0+250、0+350、0+450三个断面各设置4支坝体测压管，观测坝体渗透压力及浸润线。由于水库管理单位未配置专门的工程技术人员及观测设备，现测压管已停止观测。鉴于大坝测压管观测资料可靠性差，渗流计算采用有限单元法，计算断面选择大坝桩号0+120、0+450断面。上游水位分别为兴利水位114.20 m、设计洪水位（P=1%）115.86 m和校核洪水位（P=0.1%）117.25 m三种计算工况，下游水位采用近似下游地面高程。大坝渗漏量计算结果见表1。

由表1可知，在兴利水位条件下，大坝渗漏长度按525 m计算，则0+120断面代表渗漏长度200 m，0+450断面代表渗漏长度325 m，大坝总渗漏量7.2万m3/a，渗漏量偏大，但不会影响水库正常蓄水。

表1 大坝渗漏量计算结果Table 1:Calculation results of the dam leakage

该两断面在各种工况条件下计算得到的浸润线及等势线见图1～4。

图1 0+120断面兴利水位和设计洪水位计算工况下的流网分布图Fig.1 The flow net distribution graph of 0+120 cross section

图2 0+450断面兴利水位和设计洪水位工况下的渗流网图Fig.2 Flow net distribution graph of 0+450 cross section

图3 0+120断面兴利水位时坝底水力坡降分布图Fig.3 Distribution of hydraulic gradient in the dam foot of 0+120 cross section with the profitable water level

图4 0+450断面兴利水位时心墙底水力坡降分布图Fig.4 Distribution of hydraulic gradient in the core wall foot of 0+450 cross section with the profitable water level

3 渗透变形判断

3.1 反滤层判断

建坝时，坝后排水体没有严格按反滤准则设计施工。坝体壤土和坝基砾砂粒径特征见表2。

为保证坝体壤土和坝基砾砂不会发生管涌或流土，坝体壤土、坝基砾砂和排水体之间应满足反滤条件，粒径必须满足太沙基准则：D15/d85≤5（保证不发生流土或管涌）；D15/d15＞5（保证排水通畅）。

式中，D15为反滤料累计颗分曲线中含量小于15%的土颗粒粒径（mm）；d85、d15分别为被保护土累计颗分曲线中含量小于85%和15%的土颗粒粒径（mm）。

经计算，坝体壤土和坝基砾砂之间不满足反滤条件，坝后排水体不符合反滤层要求。因此，坝体壤土和坝基砾砂均存在渗透破坏的可能性。

3.2 渗透变形类型

坝基土料基本参数见表3。

由表3可知，下游碎石土及坝基砂均为砂性土，根据规范，判断其渗透变形类型。对于砂性土的管涌和流土，应根据土的细粒含量，采用下列方法判断：

式中，Pc为土的细粒颗粒含量，以质量百分率计（%）；n为土的孔隙率（%）。

经计算，下游碎石土及坝基砂均为管涌型渗透变形。根据规范，管涌型渗透变形临界水力坡降采用下式计算：

式中，d5、d20分别为占总土重5%和20%的土粒粒径（mm）。

表2 坝体壤土及坝基砂砾粒径特征表Table 2:Particle diameters of the loam of dam body and the gravel of dam foundation

表3 坝基土料基本参数一览表Table 3:Parameters of the materials of dam foundation

根据规范，土的允许比降J允许取0.67Jcr。经计算，下游碎石土渗透变形临界水力比降值见表4。

表4 临界水力坡降值计算结果Table 4:Calculation results of the critical hydraulic gradient

坝体土质为壤土，其渗透变形类型为流土。根据规范可知：下游在有保护的情况下，壤土的允许水力比降为4～5；下游无保护的情况下，壤土的允许水力比降为0.4～0.5。

3.3 渗透坡降计算

经计算，发生在0+120和0+450断面坝体内的最大坡降和位置、出逸点的最大坡降和位置见表5。

由表可见，0+120断面和0+450断面的坝体和坝基最大渗透坡降值均小于允许坡降值，但坝脚出逸点最大坡降较其它部位高。

表5 大坝渗透坡降计算结果汇总表Table 5:Calculation results of the dam seepage gradient

4 结语

综上所述可知，0+120和0+450断面的坝体和坝基最大渗透坡降值均小于允许坡降值，但排水体不符合反滤要求，坝脚出逸坡降较高。从现场检查看，坝脚已多处产生坍塌破坏。因此，认为大坝坝脚存在渗透变形的可能性。■