华村水库除险加固前后大坝渗流及稳定对比分析

(济宁市黄淮水利勘测设计院，山东 济宁 272100)

1 工程概况

华村水库位于淮河流域泗河的支流黄沟河中游，水库控制流域面积129km2，水库原设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为10000年一遇，水库枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道、放水洞三座建筑物组成，主坝为壤土心墙坝，大坝总体为东西走向，坝顶高程158.59m，最大坝高26.30m，坝顶长度327m，坝顶宽度6m，挡浪墙顶高程为159.29m；副坝由220m壤土均质坝和200m浆砌石坝组成，全长420m，壤土均质坝坝顶净宽4.0～5.0m，最大坝高7.8m，坝顶高程为158.50m；浆砌石坝顶宽为0.4m,最大坝高5.4m，坝顶高程为158.50m；溢洪道位于主坝东侧500m处，长650m，系人工开凿山体而成，溢洪道净宽75m，开敞式，底高程150.99m，溢洪道内设15m宽子槽，底高程148.99m，子槽内原设6孔2m×2m闸门，过水净宽12m，现状闸门已全部拆除，溢洪道现状最大泄量为1235 m3/s。放水洞位于主坝桩号0+270处，进口底高程137.87m，出口底高程137.65m，洞身比降1/600，洞长132.0m，设计输水流量4.55 m3/s。放水洞结构型式有两种：闸门上游为浆砌石拱涵，过水净宽1.10m，墩高0.85m，矢高0.55m，拱涵总高1.40m，拱全长67.0m；闸门下游为浆砌石拱廊道内衬钢筋混凝土压力管，全长65.0m，衬管内径1.4m，外径1.7m。放水洞孔口尺寸1.4m×1.4m，闸门为铸铁闸门，闸门尺寸1.88m×1.60m，启闭设备采用10t手动启闭机1台。最大库容为6820万m3。华村水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电和水产养殖等综合利用的多年调节中型水库。

华村水库于1959年11月动工兴建，1960年5月主体工程基本完成。

2 除险加固前后渗流计算与分析

渗流计算采用有限元法，渗流稳定计算与分析包括渗流量、等势线和渗流坡降计算三部分内容[1-5]。

2.1 计算断面及参数的选取

根据地质勘探资料，结合运行情况，选取大坝0+210断面为典型断面进行计算(计算简图见图1)。此次计算分析初选的各土层渗透系数按地勘报告提供的建议值列于表1中，以地质勘探报告中提供的渗透系数为依据，坝基岩石按钻孔控制深度参加计算，排水体按透水考虑。

图1 除险加固前后大坝渗流典型断面(高程单位：m)

表1 主坝渗流计算渗透系数

续表

2.2 计算工况

此次渗流量计算复核采用初设洪水调节成果，即上游兴利水位150.99m，P=1%设计洪水位154.54m，P=0.05%校核洪水位156.42m。经现场测量，上游水位为兴利水位时，下游水位为131.91m；经下游河道防洪演算，上游水位为100年一遇洪水时，下游水位为133.31m；上游水位为2000年一遇洪水时，下游水位为134.33m。

2.3 计算结果及分析

渗流计算采用有限元法，不同工况下计算得到的每延米渗流量见表2。

从计算结果看，除险加固前后各种工况下，大坝0+210断面渗流情况正常，不会影响水库正常蓄水；

表2 渗流计算得到的渗透流量

从现场踏勘和运行情况看，在正常运用条件下坝基渗水明流严重，坝后流水潺潺。

除险加固前后在兴利水位、设计水位和校核水位三种工况下，计算得到的0+210断面各特征库水位的计算渗流场分布见图2。渗流等势线以上游坝脚为原点，向下游、向上分别为x、y轴。各工况下， 0+210断面除险加固前后坝体、坝基内的最大比降和位置、出逸点的比降和位置见表3。

图2 除险加固前后0+210断面各工况下渗流等势线(高程单位：m)

表3 各工况下渗透比降计算结果

由以上计算结果可知，除险加固前后，在兴利水位条件下，0+210断面截水槽内最大比降大于无保护条件下壤土的允许比降，存在渗透变形的可能，但加固后最大比降略小；坝基砂和坝壳的渗透出逸比降小于允许比降,不存在渗透变形的可能；在设计洪水位条件下，0+210断面截水槽内最大比降大于无保护条件下壤土的允许比降，截水槽壤土存在渗透变形的可能，断面坝基砂和坝壳的渗透出逸比降小于允许比降，不会形成渗透变形；在校核洪水位工况下，0+210断面截水槽内最大比降大于壤土的允许比降，存在渗透变形的可能，断面坝基砂和坝壳实际比降小于允许比降,不存在渗透变形的可能。

3 除险加固前后坝坡抗滑稳定计算与分析

3.1 计算断面及参数的选取

选取最大坝高断面0+210断面进行分析，计算简图见图1，计算参数见表4。

3.2 计算工况

根据规范要求，结合华村水库具体运用情况，分析稳定渗流期的上、下游坝坡抗滑稳定安全；库水位降落期的上游坝坡抗滑稳定安全。具体如下：

a.兴利水位(150.99m)条件下上游坡、下游坡稳定计算。

b.设计洪水位(154.94m)条件下上游坡、下游坡稳定计算。

表4 大坝边坡稳定计算物理力学指标

c.校核洪水位(156.42m)条件下上游坡、下游坡稳定计算。

d.自校核洪水位(156.42m)骤降至兴利水位(150.99m)迎水坡稳定计算。

3.3 各工况下的坝坡稳定计算

除险加固前后各种工况下0+210断面计算的最危险滑弧圆心位置和滑弧半径见图3。0+210断面在静水位和水位骤降的工况下，用简化毕肖普法计算出的上游坝坡的最小抗滑稳定安全系数见表5、表6。

图3 除险加固前后各工况下0+210断面坝坡最危险滑动面(高程和尺寸单位：m)

表5 静水位条件下坝坡最小抗滑稳定安全系数

表6 水位骤降时的上游坝坡最小抗滑稳定安全系数

从表5可以看出，除险加固前后0+210断面在各种工况下计算出来的静水位条件下的上、下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均大于规范值。表6中数据表明：该工况用简化毕肖普法计算出的水位骤降时上游坝坡的最小抗滑稳定安全系数大于1.20(非常运用条件下的规范值)。

4 结 论

根据华村水库的实际情况和除险加固方案，采用理正软件，对大坝除险加固前后的渗流和坝坡稳定进行了分析。结果表明：除险加固前后各种工况下，大坝0+210断面渗流情况正常，不会影响水库正常蓄水；在各种工况下，0+210断面截水槽内最大比降均大于无保护条件下壤土的允许比降，截水槽壤土存在渗透变形的可能，但兴利水位下加固后较加固前最大比降略小；断面坝基砂和坝壳的渗透出逸比降小于允许比降，不存在渗透变形的可能。除险加固前后0+210断面在各种工况下计算出来的静水位条件下的上、下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均大于规范值。水位骤降时上游坝坡的最小抗滑稳定安全系数大于非常运用条件下的规范值。由此可见，除险加固后能基本满足大坝的防渗安全要求，坝体稳定性略有提高。