基于Geo-Studio曹家塘坝安全复核

谢 鹏，庞 辉，刘 浩

（1.山东水总有限公司,山东 济南 250001；2.临沂市兰陵县水利局,山东 兰陵 277700；3.临沂市罗庄区水务局,山东 临沂 276000）

1 引言

早期修建的水库大坝在长期使用过程中,经常出现渗漏等现象,部分可能出现坝坡稳定性不足等情况。针对这部分水库,复核其安全情况是十分必要的。但是,我国在早期修建的水库数量众多,选择快速、准确的方法评价大坝安全是十分重要的。可在一定程度上减低大坝安全复核工作难度、提高工作效率。数值模拟方法计算速率快、结果准确,在水利、岩土等行业得到了广泛的应用[1-2]。Geo-Stvdio是一种极为常用的数值模拟软件,其主要优点包括：模型建立简便、计算速率快、计算结果可靠。常广品[3]使用Geo-Stvdio分析了水下降落期间,河道堤防的稳定性；李振宇[4]使用Geo-Stvdio分析了土石坝渗流稳定性情况；张利平等[5]、阿布都卡地尔·阿布都克拉木[6]使用Geo-Stvdio分析了水位骤降作用下心墙坝、均质坝的稳定性状态。结合曹家塘坝,使用Geo-Stvdio复核水库安全状态,为水库除险加固工程提供支撑。

2 工程概况及存在问题

曹家塘坝,位于邹平市西董镇任家峪村附近,拦河而建,始建于1977 年,流域面积1.93 km2,干流长度1.799 km。曹家塘坝工程规模为小（2）型,水库死库容为0.34×104m3,兴利库容1.29×104m3。设计洪水标准为10 年一遇,相应库容2.82×104m3；校核洪水标准为50 年一遇,相应库容3.14 万m3。由于曹家塘坝的建设年代较早,受当时经济技术条件限制,工程建设标准低,施工质量差,存在着较多安全隐患,目前主要存在以下问题：

1）大坝

曹家塘坝大坝迎水坡为干砌石护坡,护砌损坏严重,大部分块石松动、脱落；边坡现状多为杂草、灌木；坡脚无排水体,无防浪墙,无反滤体；坝顶冲刷严重,较多坑洞,坝顶路面未硬化；无观测设施。

2）溢洪道

原左岸溢洪道现已冲毁形成近20 m宽决口,出露卵石、碎石土、黄土状壤土,决口两侧边坡近直立,局部出现滑塌现象。

3）库区

水库库区淤积严重,溢洪道冲毁,库区无法正常蓄水。库岸坡均为土质边坡,岩性以碎石土为主,碎石土层具中等透水性,存在库区渗漏问题。

4）管理设施

曹家塘坝目前属村庄管理,无管理房等设施。无专职管理人员,管理技术粗放落后。

3 渗流安全复核

3.1 计算方法及指标

渗流计算采用加拿大geo-stvdio软件的seep/w模块来进行分析,根据坝段地形特点、坝基地质等情况,选用大坝桩号0+030 断面（最大坝高断面）进行渗流计算,计算参数见表1。

表1 坝体及坝基材料渗透系数指标

3.2 计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）渗流计算要求,曹家塘坝渗流计算工况如下：

工况1：库内校核洪水位238.01 m,下游相应水位226.00 m；

工况2：库内设计洪水位237.61 m,下游相应水位226.00 m；

工况3：库内正常蓄水位236.00 m,下游相应水位224.50 m；

工况4：库水位降落时上游坝坡最不利的情况。

3.3 坝坡渗流计算结果

采用Geo-Stvdio渗流计算结果及附图见表2～表3、图1。

表2 大坝渗流量计算成果表

表3 大坝渗透稳定计算成果表

图1 渗流稳定性计算成果

根据渗流计算结果,库内正常蓄水位下年渗漏量4.40×104m3,渗漏量大,渗水在坝坡出逸,出逸比降不满足要求,综上所述,现状大坝渗流及渗透稳定不满足要求。

4 坝坡安全复核

4.1 计算断面与计算方法

根据《碾压式土石坝设计规范》,采用计条块间作用力的毕肖普条分法。采用加拿大geo-stvdio软件的分析模块slope/w来进行分析,根据坝段地形特点、坝基地质情况等资料,结合渗流分析的成果,选择0+030 断面为代表断面进行稳定分析计算。

4.2 计算参数

根据大坝地质勘察报告报告,土体计算参数指标见表4。

表4 土体计算参数指标表

4.3 坝坡稳定性计算工况

计算工况根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）要求进行选取：

正常运用条件包含设计洪水位情况上下游坝坡；正常蓄水位上下游坝坡；死水位上下游坝坡；死水位上下游坝坡；设计洪水位降落至正常蓄水位情况下的上游坝坡。

非常运用条件包含校核洪水位情况上下游坝坡；施工完建期（枯水期）上下游坝坡；校核洪水位降落至正常蓄水位的上游坝坡；正常水位遇地震情况上下游坝坡,其中正常水位遇地震工况计算上下游坝坡时按正常运用条件下安全系数最小值工况遇7 度地震,计算工况见表5。

表5 曹家塘坝大坝计算工况表

4.4 稳定计算成果

稳定计算成果见表6 及图2。

表6 大坝稳定计算结果

图2 灌浆帷幕结构设计图

5 结论

（1）根据现场调查,曹家塘坝现状溢洪道损毁,水库防洪能力已经无法满足现状防洪需求。

（2）使用Geo-Stvdio软件,建立最不利断面数值模拟模型,对不同工况下的坝坡稳定性进行计算,结果表明,坝坡稳定性满足规范要求。

（3）通过Seep模块计算不同工况下的坝体渗流情况,结果表明：现状大坝坝体、坝基渗透系数较高,在高水位运行时坝体浸润线较高,下游坝坡存在较大的出逸比降,现状坝体坝基的渗漏量较大,不满足要求,曹家塘坝亟需采取除险加固工程治理。