某水库上游围堰稳定分析

姜从伟，漆文邦，费文平，虎 珀，米韵潭

（四川大学水利水电学院，四川 成都 610065）

1 工程概况

某水库位于巴河支流-恩阳河中游河段，坝址位于恩阳区两路村、高岸村境内。本枢纽工程规模属大（2）型，工程等别为II等，主要建筑物大坝（挡水、泄水、消能建筑物）、厂房建筑物、鱼道出口坝段为2级；鱼道（非出口坝段）、厂房尾水渠、下游河道护岸以及其他次要建筑物等为3级。工程以防洪为主，兼顾发电，改善下游供水条件。

该水库的围堰分上游横向土石围堰、纵向混凝土围堰和下游横向土石围堰依附右岸呈半包围形式布置。上游横向土石围堰起点布置在混凝土纵向围堰上游段右侧距坝轴线上游约50 m处，终点布置在右岸岸坡距坝轴线上游约65 m处。二期上游横向围堰轴线长约85.0 m，围堰顶高程353.1 m，顶宽8.0 m，最大堰高12.1 m。围堰型式为土石围堰，上下游边坡均为1∶1.5，堰体采用粘土心墙+高压喷射灌浆防渗。二期围堰设计标准采用12月～次年3月10年一遇洪水标准，相应洪峰流量71.5 m3/s，对应上游水位为352.40 m，下游水位为343.20 m。

该水库枢纽项目于2018年10月30日开始填筑上游二期横向土石围堰，施工过程按照已批复的围堰施工方案进行，并于2018年12月1日完成了拢口填筑施工。2018年12月2日~12月5日未发现围堰有渗漏现象。2018年12月6日，围堰出现渗漏，渗流量为0.3 m3/s~0.4 m3/s，此时，库区水位为350.40 m，最大水深9 m。渗流出口位于背水侧拢口中心底部，经水下探查渗流入口位于拢口迎水侧中心距河床底3 m左右，初步判断主要渗漏位置集中在拢口部位。

1）围堰合拢时，拢口心墙位置清理戗堤石渣因在水下作业，同时河床基岩凹凸不平，将河底石块清理干净有很大难度，导致清基不彻底。2）心墙粘土含砂量较高，粘土中大于5 mm颗粒较多，塑性指数较低，遇水后粘结度差，水压大时易松散，水位上升后在水压的作用下击穿心墙并形成漏水通道。3）在围堰合拢施工过程中，由于水流速度较大，填筑的细粒料被水流带走，在底部形成一定的粗粒料架空层。

2 模型建立

为进一步分析在当前渗漏条件下，上游围堰的坝坡稳定性和渗流稳定性，需根据工程实际情况，分析上游围堰的渗流场，评价其上下游边坡的稳定性，并考虑在设计最大流量及最大坝高条件下，围堰的坝坡稳定性和渗流稳定性。采用GEOSTUDIO二维平面模型进行有限元分析。

计算坐标系原点取在出口底板与坝横0~0.557 m的交线上，X为从下游指向上游方向，以出口处为零点，Y方向为铅直向上方向。二维模型所取的计算范围为-24 m≤X≤140 m，334 m≤Y≤上部结构实际高程。采用二维平面单元，进行围堰及地基的二维渗流稳定分析。根据岩土工程勘察报告试验结果，现将上游围堰的断面概化分区，共分成6个区域，分别为粘土心墙区，上下游石渣堆石区，上下游大石块压脚，泥质粉砂岩基础。计算拟采用的材料参数如表1所示。

表1 不同分区材料力学物理力学参数

3 渗流分析

采用SEEP/W软件对该围堰加高前和加固后进行渗流分析，求得各工况下的单宽渗流量和浸润线，根据渗流分析结果并应用于坝坡稳定分析计算中。

在当前水位条件下，围堰下游的渗漏单宽流量为0.098m3/(s·m)，在设计水位条件下，围堰下游的渗漏单宽流量为0.16 m3/(s·m)，比当前水位及坝高情况下的渗漏量增加量不大。

图1 当前水位下稳定渗透水头等值线

图2 设计水位下稳定渗透水头等值线

4 稳定分析

通过对该水库围堰的二维模型在正常水位和加高后在设计水位的计算工况下，运用Geostudio软件中的SLOPE/W模块中选取SEEP/W模块中得到的浸润线，搜索该围堰坝内潜在的滑动面，计算得到该围堰在现状水位350.26 m和加高后设计水位352.4 m高程下的最危险滑动面稳定性系数见表1，坝坡最危险的滑移面和滑弧圆心见图3~图6。当前水位运行工况下，上下游边坡最危险滑动面稳定系数都大于最小安全系数；在设计水位运行工况下，上下游边坡最危险滑动面稳定系数都大于最小安全系数。满足规范要求。

图3 当前水位运行工况上游边坡稳定计算成果图

图4 当前水位运行工况下游边坡稳定计算成果图

图5 设计水位围堰上游边坡稳定计算成果图

图6 设计水位围堰下游边坡稳定计算成果图

表2 最危险滑动面稳定性系数计算结果表

5 上游围堰变形监测资料分析

根据该水库上游围堰工程的实际情况，分别在左岸、中部和右岸侧布置了3个的变形监测点，用于监测围堰在运行期变形规律，其中w左、w中、w右分别为3个变形观测点，X方向为顺河方向，Y方向为横河方向，Z为竖向。围堰的变形主要发生在2月1号之前，后面已经趋于稳定。

图7 X方向累计变形情况

图8 Y方向累计变形情况

图9 Z方向累计变形情况

6 结论及建议

6.1 结论

通过对该水库上游围堰在当前水位及设计水位条件下，渗流稳定和坝坡稳定的分析，以及围堰变形监测资料的分析，可得到以下结论：

1）该围堰在设计水位工况下与在当前水位运行工况下的渗漏量相比，增加量不大。

2）围堰的上、下游坝坡最危险滑动面稳定安全系数满足规范要求。

3）围堰变形监测成果表明，围堰主要变形发生在2月1日之前，此后的累计变形趋于平缓，目前已进入稳定状态。

6.2 建议

1）处理措施建议在围堰下游漏水处设置压渗平台，压渗平台尺寸大于龙口宽度，厚度约为3 m。在龙口前面铺盖位置顺河向和横河向大于龙口宽度一定范围内先抛填麻袋装粘土，然后再直接抛填粘土。

2）为确保围堰在运行期的稳定性，特别是在超标洪水条件下的安全运行，建议采用以下应急预案：

①加强监测。在该水库上游横向围堰主要监测项目包括：坝体垂直位移、水平位移监测，以及围堰下游合龙位置渗流流量监测。

②险情监测与巡查。险情检测内容主要包括：围堰下游附近，有无阴湿、渗水、管涌、流土或隆起现象。渗水点渗水量有无变化、渗水颜色、浑浊度、酸碱度有无变化。围堰监测设施是否完好。观测频次原则上按正常情况下每天观测1次，特殊情况下（水库水位骤变、地震、暴雨等）按每天观测2～3次或根据现场情况，另作要求。

③备用设备。当围堰渗漏流量较大时，建议准备备用水泵和柴油发电机做应急处理。