双里水库大坝渗流及变形发展规律分析

(福建宏宇工程管理有限公司，福建 漳州 363000)

1 工程概况

双里水库位于尤溪县，坝址控制流域面积34km2，河道长9.25km，河道平均坡降35‰，水库总库容1024万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、渔业等综合利用的中型水利工程。水库于1971年11月破土动工， 1975年1月大坝填筑完成，1976年8月进行保坝加固，2005—2011年对水库进行除除加固。水库正常蓄水位491.00m，设计洪水位为494.65m，校核洪水位为495.75m。

2 监测系统及监测数据可靠性分析

2.1 监测系统布置及可靠性分析

双里水库针对大坝的监测项目主要有渗流监测和变形监测。

大坝垂直位移监测采用S3型水准仪，水平位移监测采用J2经纬仪。

大坝共设置4个垂直坝轴线方向的监测断面(A1B1、A2B2、A3B3、A4B4)、2个平行坝轴线的监测断面(A、B)。共布置测压管6个，同时设置6个渗压计，迎水坡、坝顶(防渗墙前)、背水坡分别布置2组。测压管水位监测采用电测水位计。大坝背水坡坡脚埋设有渗漏监测井。

大坝位移监测性能稳定，仪器监测精度满足规范要求。渗流监测设施渗漏监测量水堰完好。

2.2 监测数据可靠性分析

大坝渗流监测井自1985年建成后，仅在1989年1—5月进行渗流量监测，2000年11月重新开始渗流量监测，目前收集到2001—2017年的渗流量监测资料，符合连续性、一致性、相关性的原则，渗漏量监测数据可靠。

3 监测资料分析

3.1 渗流资料整理分析

土石坝渗流问题是复杂的流固耦合问题，渗流特征及影响因素较多，主要指标有填筑土的土颗粒组成、孔隙率、渗透坡降和周边地质情况等，这些指标都可用渗漏量来体现。2001—2017年不同高程的渗漏量年际变化，如图1所示。

图1 渗漏量年际变化

对图1进行分析可知：

a.水库渗漏量年际变化不大，坝体渗流状态没有发生异常变化，但是水库加固后在低水位时渗漏量比加固前减少较多，在高水位时减少较小，结合地质勘察资料：坝体渗透系数平均值大于1×10-4cm/s，满足规范要求，但F2产状N40°W/NE∠75°,宽6～8m；充填断层角砾岩、破碎岩等，下盘面宽0.5m辉绿岩侵入，顺河贯穿坝基上下游，2010年虽对坝基进行全面帷幕灌浆，但未彻底截断，断层带透水率仍较大，造成高水位的渗漏量减少不大。但对加固前后渗漏水水质进行对比，加固后水质较加固前清澈，无浑浊及其他可疑物质带出，表明大坝加固后在防渗墙影响下，渗漏的水量水质都有所改善。

b.水库渗漏量随水库水位的升高而增大，符合达西定律，在同等条件下，上、下游水位差越大，单宽流量越大。

c.出现个别异常点，特别是水位在485.00～491.00m时，2010年渗漏量达13.5L/s，分析主要原因是2005—2011年为水库加固期，当时施工时未对坝端排水沟进行及时修砌，山体部分地表水下渗至排水棱体，造成监测期间渗漏量都较大，加固完成后又趋于稳定。

3.2 大坝变形监测分析

3.2.1 大坝垂直位移分析

土石坝是由散粒体堆筑而成，其变形主要是依靠土体自重应力进行固结的过程，是一个复杂的空间问题，其影响因素较多，主要有：孔隙率、压缩系数、压缩模量等，但其最终都可用大坝形体变形来体现。根据大坝各阶段变形监测资料，1988—2005年沉陷位移实测资料，绘制测点累计沉降量与时间关系线，如图2、图3所示；2005—2011年为水库除险加固期，根据2010—2017年沉陷位移实测资料，绘制该大坝测点累计沉陷量与时间关系线图4、图5。

图2 坝顶累计沉陷量与时间关系(1988—2005年)

图3 迎水面累计沉陷量与时间关系(1988—2005年)

图4 坝顶累计沉陷量与时间关系(2010—2017年)

图5 迎水面累计沉陷量与时间关系(2010—2017年)

对图2～图5进行分析可知：

a.1988—2005年大坝最大沉降量为测点A2，监测值为12.1cm；2010—2017年大坝最大沉降量为测点B2，监测值为1.9cm；其次为测点A3，监测值为2.0cm，表明大坝沉陷趋于稳定。

b.大坝中间测点的沉降比两边大。测点A2、A3和测点B2、B3位于河谷，填土厚度大，沉陷量大，测点A1、A4和测点B1、B4位于大坝两端，填土厚度小沉陷量小，这符合岩土固结理论。

c.根据图3、图4可知，1988—2005年大坝左边测点的沉陷量比右边的大，大坝存在少量不均匀沉降；但根据图4、图5可知2010—2017年两坝端的沉陷量基本一致，表明大坝沉陷趋于均匀。

d.根据大坝运行情况及累计沉陷量变化规律，个别监测数据不能准确反映大坝沉陷位移情况，分析是监测仪器较为陈旧而造成的误差所至。

3.2.2 大坝水平位移分析

根据1988—2005年沉陷位移实测资料，绘制测点累计沉降量与时间关系线图6、图7；根据水库大坝自2010—2017年的实测资料，绘制水平位移过程线图8、图9。

图6 坝顶水平位移过程线(1988—2005年)

图7 迎水面水平位移过程线(1988—2005年)

图8 坝顶水平位移过程线(2010—2017年)

图9 迎水面水平位移过程线(2010—2017年)

对图6～图9进行分析可知：

a.1988—2005年测点水平位移基本上是往下游方向发展，测点A2的水平位移最大，达18.2mm，1993—2005年测点水平位移增长缓慢，且上下波动，水平位移总体上不大。2010—2017年测点的水平位移上下波动，测点B4的水平位移最大2.5mm，水平位移总体上变化不大。

b.根据大坝运行情况及总体大坝水平位移变化规律，个别监测数据不能准确反映大坝水平位移情况，推测是监测仪器较为陈旧造成的误差所致。

结合2003年及2017年勘察资料进行分析：

2003年勘察资料：筑填土的干密度ρd取1.39～1.62g/cm3，平均值为1.52g/cm3；孔隙e为0.682～0.963，平均值0.794；压缩系数av1-2为0.543，压缩模量Es1-2取 5.60，液性指数0.0～0.67，平均值0.23。

2017年勘察资料：填筑土干密度ρd取1.56～1.70g/cm3，平均值为1.62g/cm3；孔隙e为0.701～0.856，平均值0.786，压缩系数av1-2为0.33，压缩模量Es1-2取5.21，液性指数0.1～0.51，平均值0.3。

对两次勘察成果进行分析，两次勘察较为接近，虽然2017年填筑土干密度大于2003年勘察成果，原因主要是，2017年钻孔邻近于高压旋喷和钻孔灌注桩，受高压旋喷和钻孔灌注桩施工过程中挤压而增加填筑土密实度，远离高压旋喷和钻孔灌注桩坝体密实度与2003年勘察时基本一致。

结合变形资料分析，通过两次勘察资料，表明坝体固结度较高，这与2010—2017年两坝端的沉陷量(见图4、图5)监测数据相吻合。大坝的变形，实质上是土体的固结过程。从监测资料及勘察资料结合分析，大坝变形趋于稳定。

4 结 论

a.通过对双里水库的监测数据进行分析，其符合连续性、一致性、相关性的原则，资料较为可靠。分析水库渗漏量，水库在加固前后，渗漏量在高水位时变化不大，但水质有所改善，较为清澈，无浑浊及其他可疑物质带出，表明大坝加固后在防渗墙影响下，渗漏量从水量水质都有所改善，后期应加强监测；分析垂直监测数据，大坝沉降量中间大于两端，但随着时间的增长，趋于均匀；分析水平监测数据，大坝水平位移上下波动，增长缓慢，但随着时间的增长，总体上变化不大。

b.土石坝渗流及变形是一个比较复杂的空间问题，理论计算比较复杂，渗流计算一般都近似地作为平面问题来分析；变形计算基于固结理论的基本假设条件下进行分析，但实际运行中每一座水库影响渗流及变形的主要因素都不同。本文对实测资料进行整理，通过理论结合勘察资料，分析研究影响双里水库大坝渗流及变形的原因及对发展趋势的影响。监测数据系列有限，建议进行进一步监测，建立监测数据信息管理系统，实现自动监测。