不同渗流条件下水库防渗措施应用效果及评价方法研究

王志云

（齐齐哈尔市水利工程建设质量与安全监督站，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

0 引言

水库建设和运行安全事关国计民生，事关解决“三农”问题[1]。中国己溃水库中因坝体渗漏而失事的占比20%以上，是造成溃坝的主要原因[2]。因此，水库的防渗措施是干系整个水利工程成败的关键，合理评价水库防渗措施是避免水库渗透破坏的关键。

学者们对水库防渗评价做了大量的研究：黄顺涛等[3]通过分析坝址地质来评价水库防渗的情况。周洪文等[4]通过分析水文地质条件来评价水库防渗情况。贾立维等[5]运用钻探和物探结合的方法评价水库防渗。张祯武等[6]用示踪探测技术分析水库防渗。赵鹏等[7]利用人工神经网络分析水库防渗情况。毛健全等[8]运用数学地质模型和逻辑信息法分析大坝渗漏。

上述研究用多种方式探索研究了水库防渗效果评价方法，但未充分结合水库坝体与库区地形地质进行综合模拟分析，仅单独分析独立坝体的防渗情况。因此，本文将利用岩土工程软件MIDAS GTS，建立坝体、库区整体模型，通过数值模拟分析来评价水库防渗。

1 工程概况与防渗措施

1.1 工程概况

某水库位于东北地区，水库任务为灌溉、供水和发电。挡水坝为面板堆石坝，坝高156 m。坝址基岩岩体不均匀，风化差异明显，坝址风化厚度统计见表1，水库各部分渗透性见表2。

表1 坝址岩体风化厚度统计表

表2 水库各部渗透参数表

河床覆盖层由上至下分为块石夹卵石层、粉细砂夹卵石层、卵石夹块石层。基岩渗流为均匀的裂隙水流，库区地质构造分布见图1。坝址区断裂构造复杂，有断层、裂隙、软弱夹层、构造挤压破碎带等，其中断层F11、F12 对水库渗漏影响尤为重要。

1.2 防渗方案确定

水库防渗一般基于“前堵截、中压截、后导排”原则，根据工程地质条件、水库工程等别等综合采用多种防渗措施，从而满足工程安全需要。

表3 为大坝坝基设计允许水力梯度表，结合水库地层勘察结果及设计参数等具体情况，最终确定该水库防渗措施主要有上游钢筋混凝土面板、趾板帷幕防渗墙以及坝肩帷幕防渗。

表3 大坝坝基设计允许水力梯度

2 水库防渗计算

基于库区地勘资料利用软件MIDAS GTS 构建模型见图2。边界主要包括围绕着模型外部边界设置（水位，流量，水位-流量，河床底坡）[1]，以及布置在整个网格的降水条件，利用代码施加各种边界条件。渗流分析考虑校核洪水工况、正常蓄水工况和死水位工况，计算成果汇总见表4，各工况渗流路径见图3，孔隙水压力见图4。

图2 坝址三维建模模型

图3 渗流路径图

图4 孔隙水压力云图

表4 防渗计算结果统计表

根据计算成果分析得知：

（1）各工况下大坝下游渗流水头在经过防渗系统后急剧降低，说明防渗系统防渗效果良好，对坝体起到了很好的保护效果。

（2）各工况下渗流流速微小，说明防渗系统能有效避免流土、管涌、接触冲刷渗透破坏。

（3）各工况下渗漏量与河流流量相比微乎其微，不会影响水库的正常蓄水；说明设计防渗系统能保证水库蓄水。

（4）各工况下的水力梯度远小于设计允许值（J=0.400），说明大坝在水力梯度方面不会对坝体造成安全隐患。

（5）各工况下渗流路径均未透过面板，出现明显的绕坝渗流。说明面板的防渗效果极好，渗流绕过左右坝肩防渗帷幕指向下游，设计的防渗措施有良好的防渗效果。

（6）各工况下孔隙水压力由坝基向坝顶递减，且平行于渗流浸润面，在浸润面以上的岸坡孔隙水压力出现负值，有利于坝体岸坡稳定。

3 结论

本文总结国内外普遍使用的防渗技术的特点及适用条件，然后基于岩土工程软件MIDAS GTS，对东北地区某水库的坝体坝址进行渗流数值模拟，分析该水库在各工况下防渗措施的效果。通过此次数值模拟及分析结果得到：①大坝渗流水头在经过防渗系统后急剧降低；②渗流流速微小；③渗漏量极小；④水力梯度远小于设计允许值；⑤出现明显的绕坝渗流；⑥孔隙水压力由坝基向坝顶递减，且平行于渗流浸润面，在浸润面以上的岸坡孔隙水压力出现负值。说明该水库防渗措施设计合理，防渗效果良好，能保证水库蓄水和安全运行。同时也为水库防渗计算提供新的思路，即利用岩土工程软件MIDAS GTS。