西藏某水库工程二维渗透稳定性分析研究

李冰妮 白兴锋 刘立鹏

(1.西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏 拉萨 850000； 2.中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京 100000)



西藏某水库工程二维渗透稳定性分析研究

李冰妮1白兴锋1刘立鹏2

(1.西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏 拉萨 850000； 2.中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京 100000)

以西藏某水库工程碾压式沥青混凝土心墙坝为研究对象，利用Geostudio软件中SEEP/W模块，对不同水位情况下二维渗流场及渗透稳定性进行了模拟分析，同时对不同灌浆帷幕深度下，整个渗流场及渗透破坏可能性进行了对比研究，研究结果表明，目前的渗控设置是合理的，减小灌浆帷幕深度、渗漏量加大的同时，具有较高渗透破坏可能性。

水库，渗透稳定，渗流量，灌浆帷幕

0 引言

西藏某水库位于西藏山南地区乃东县索珠乡境内雅鲁藏布江左岸一级支流旺曲上游丁拉沟，坝址处地理坐标为东经91°52′36″，北纬29°30′25″，距山南地区泽当镇41.0 km，距拉萨市186 km。拦河坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程4 179.35 m，防浪墙顶高程4 180.55 m，坝顶宽8 m，最大坝高67.6 m，坝顶长度365.0 m。渗控措施由沥青混凝土心墙、防渗墙及灌浆帷幕组成。作为土石坝中最重要的组成部分，其防渗效果一直是工程建设方关心重点，专家学者对土石坝的防渗效果从各自不同角度开展了研究[1-5]。鲍呈苍利用Geostudio软件中SEEP/W模块对一些BL坝进行渗流分析，得到了大坝浸润线位置、等势线渗透坡降等[6]。居锋采用河海大学的AutoBank软件，对某一水库土石坝进行了渗流分析[7]。徐毅等人利用有限元法对无限深透水地基上的土石坝模型进行理论计算[8]。

文中利用Geostudio软件中SEEP/W模块，对西藏某水利工程大坝渗流场进行了稳定性分析，并对灌浆层深度进行了敏感性分析，研究结果可为工程设计提供一定的借鉴和参考。

1 基本原理

1856年法国工程师H.Darcy在装满砂的圆筒中进行渗透实验。从实验中得通过该截面的渗流量Q(单位时间的水体积)与横截面面积A及水头差(H1-H2)成正比，与渗透路径成反比，可由式(1)表示：

(1)

其中，Q为渗流量；L为流经路径长度的水头损失；k为比例系数，也称渗透系数；H1，H2分别为两点的水头。

两边同时除以横截面面积A，公式变为：

(2)

其中，v为断面A上平均渗透速度；J为水力坡度，即流经路径长度L的水头损失。

考虑二维平面稳定渗流情况，并假定流体是不可压缩的，渗透系数各向同性，即kx=ky=k，渗流过程中土壤的孔隙保持不变，则有：

(3)

其中，H为渗透水头。

2 计算工况及模型建立情况

2.1 计算工况

计算工况如表1所示，其中，正常蓄水位为4 176.65 m，设计洪水位4 177.84 m，校核洪水位4 178.22 m，死水位4 119.67 m。

表1 计算工况

2.2 模型建立

二维渗流分析计算中，计算模型采用最大截面位置，即桩号坝0+100位置剖面，所建立模型如图1所示。

坐标原点和坐标的方向规定：以顺河向为x轴，其中指向下游为正；竖直向为y轴，向上为正。考虑到模型边界的影响，模型左右边界及下边界均进行了一定的延伸，其中模型x方向长约2 000 m，y方向高约250 m，将该区域进行有限元单元离散，共划分22 420个单元，节点21 987个。

2.3 渗透系数

各层渗透系数如表2所示，其中临界渗透比降为0.10。

表2 地层渗透系数 m/s

3 计算结果分析

3.1 工况1

工况1下渗流场分布特征如图2所示。

由图2可知，采用综合渗控措施后，水头降低明显，即该措施对于该水库渗流场的有效控制作用较为明显。浸润线子沥青混凝土心墙发生Z字型转折，坝后心墙后基本无渗流路径存在。此时单宽渗流量为1.53×10-5m3/(m·s)，占坝址处多年平均径流量0.46%，满足设计要求。坝基部位渗透比降变化如图3所示。

由图3可知，坝基下游最大渗透比降远低于0.10，坝基处发生渗流破坏可能性较低。

3.2 工况2

水库设计中拟采用的渗控措施为：沥青混凝土心墙+防渗墙以及灌浆层，对于工况2，则主要是取消花岗岩地层中灌浆帷幕，主要分三种情况，即：1)取消5 Lu线与弱透水层间灌浆帷幕；2)取消5 Lu线至强透水层间灌浆帷幕；3)取消5 Lu线至第四纪地层间灌浆帷幕，其中工况2中取消5 Lu线与弱透水层间灌浆帷幕时渗流场分布特征如图4所示。

由图4可知，这一工况下，取消5 Lu线与弱透水层间灌浆帷幕，由于渗流路径相比较工况1减短，相应总水头值位置发生一定变化，此时单宽渗流量为3.10×10-5m3/(m·s)，占坝址处多年平均径流量0.95%，不存在渗透破坏可能性。取消5 Lu线至强透水层间灌浆帷幕时，单宽渗流量为9.86×10-5m3/(m·s)，占坝址处多年平均径流量3.01%，坝基发生渗流破坏可能性较低。取消5 Lu线至第四纪地层间灌浆帷幕时，单宽渗流量为2.63×10-3m3/(m·s)，占坝址处多年平均径流量80.3%。

其中取消5 Lu线至第四纪地层间灌浆帷幕时，坝基渗流比降变化情况如图5所示。

由图5可知，取消5 Lu线至第四纪地层间灌浆帷幕时，坝基下游监测线中一半点处渗透比降均不小于临界0.10渗透比降，坝基具有较大的渗流破坏可能性。

3.3 工况3

工况3是指上游校核洪水位与下游相应的水位情况，此时渗流场分布特征如图6所示。

由总水头分布可以得知，对于这一工况总水头分布与工况1，即正常蓄水位时宏观分布相近。此时单宽渗流量为1.57×10-5m3/(m·s)，占坝址处多年平均径流量的0.48%，满足设计要求。坝基发生渗流破坏可能性较低。

4 结语

采用Geostudio软件中SEEP/W软件对西藏某水利水库工程大坝区域三中不同工况下二维渗流场进行了分析研究，结果表明，采用现有的渗控措施，在不同水位下均具有很好的防渗效果，大坝渗流量及渗透比降均符合设计要求，如果减小灌浆帷幕深度，则渗流量较大的同时，坝基下游具有较大的渗透破坏可能性。

[1] 毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京:中国水利水电出版社，2003.

[2] 刘 杰,谢定松.我国土石坝渗流控制理论发展现状[J].岩土工程学报,2011,33(5):714-718.

[3] 涂扬举,王文涛,薛新华.瀑布沟高心墙土石坝渗流分析[J].水利水运工程学报,2013(5):77-82.

[4] 刘晓庆,肖大伟.排渗系统对土石坝渗流的影响[J].甘肃水利水电技术,2013,49(6):10-13.

[5] 倪沙沙,张小飞.库水位升降对那板心墙土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响[J].水电能源科学,2016,34(3):84-87.

[6] 鲍呈苍.基于SEEP/W分析土石坝渗流稳定[J].中国水运,2011,11(6):147-149.

[7] 居 锋.实例分析Autobank在小型水库土石坝渗流稳定计算中的运用[J].水利科技与经济,2015,21(11):115-118.

[8] 徐 毅,侍克斌,毛海涛.悬挂式微透水防渗墙的土石坝渗流计算[J].水资源与水工程学报,2014,25(4):138-141.The analysis and research of two-dimensional seepage stability of a reservoir project in Tibet

Li Bingni1Bai Xingfeng1Liu Lipeng2

(1.TibetHydropowerPlanningandDesignInstitute,Lhasa850000,China;2.InstituteofGeotechnicalEngineering,ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100000,China)

Using the SEEP/W module of Geostudio, the two-dimensional seepage stability of a reservoir project in Tibet with rolled asphalt concrete core wall dam were studied under different water levels. The flow field and possibility of seepage with different grout curtain depth was analyzed also. The results show that the current settings are reasonable seepage control, reducing the depth of grout curtain, at the same time increase the amount of leakage, has a high possibility of infiltration and sabotage.

reservoir, seepage stability, seepage flow, grout curtain

1009-6825(2016)18-0221-03

2016-04-17

李冰妮(1983- )，女，助理工程师； 白兴锋(1978- )，男，工程师； 刘立鹏(1983- )，男，高级工程师

TV221

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