苗寨水库大坝稳定性复核分析

罗能军

（镇远县水务局，贵州 镇远 557700）

1 工程概况

苗寨水库工程挡水建筑物为均质土坝，现状坝顶高程847.50 m（此次复核高程与2003年除险加固高程差147.20 m），最大坝高21.10 m，坝顶长216 m（不含溢洪道），坝顶宽4.60 m。现状大坝上游面设一级马道，马道以上边坡系数为1∶2.25～2.40，马道以下边坡系数为1∶3.66。下游坝面设两级马道将其分为三个坝坡，综合边坡系数分别为：1∶2.1（837.50～847.50 m）、1∶2.6～1∶3.75（829.80～837.50 m）、1∶0.1（826.40～829.80 m），其中826.40～829.80 m范围为排水棱体区。大坝上游面采用预制砼护坡，下游面采用草皮护坡。

2 地形及水文条件

苗寨水库库区地处非可溶岩与可溶岩分界部位，地貌为侵蚀-溶蚀中低山地貌，河谷为近横向谷，呈不对称倒梯形型，库盆走向SW 向。两岸山体较不延续，岸坡较缓，地形坡度为20°～30°。河谷高程一般为820～830 m，山顶高程一般为845～860 m，高差50 m 左右。河谷较平坦开阔，两岸侵蚀冲沟发育较少，山体总体较完整，无低邻谷发育。

库区内分布寒武系清虚洞组的可溶岩、杷榔组的非可溶岩，库区未见泉水露头，在水库放水至死水位后，可见大坝基础及截流墙基础置于强风化泥质页岩之上，库区内均为泥质页岩出露，库区岩体为相对隔水层，发生渗漏的可能性小。大坝下游及左坝肩840 m高程以上，右坝肩834 m高程以上出露岩体为清虚洞组的灰岩，出露基岩可见小溶沟溶槽发育，未见大岩溶通道发育，两坝肩存在发生渗漏的可能性较大，坝基由于相对隔水层的阻隔，发生渗漏的可能性较小。左岸有压扭性断层通过，形成渗漏通道，库水可能顺断层破碎带渗漏。

在大坝上游侧揭开6处预制块，发现土工膜上覆粘土夹块石、碎石，块石粒径较大，碎石有部分呈针片状，导致土工膜被刺破，大坝上游面中部双向转动闸门混凝土支墩附近的开挖显示支墩直接浇筑于土工膜上部，该处土工膜已拉裂失效。截流墙局部沉降开裂，沉降处经开挖后发现土工膜在该处与截流墙未建立联接。综上分析，截流墙基础未置于强风化岩体上，土工膜存在刺破及拉裂现象。土工膜未与截流墙建立联接导致防渗体系并未封闭，库水通过未封闭点及拉裂处渗入坝体导致渗漏及坝体下游浸润线升高。

3 大坝现状渗流稳定计算

3.1 计算基本参数及原则

根据《碾压式土石坝设计规范》的规定，土坝渗流计算的任务是：①确定坝体浸润线及渗透比降，供坝体稳定计算之用。②确定坝体与坝基的渗流量，复核坝体渗透稳定性。坝体稳定计算剖面的绘制，采用此次收集到资料结合现场实测情况绘制，拟出的大坝典型横剖面作为稳定复核的计算剖面。

3.2 计算参数及工况

坝体填筑粘土渗透系数：5×10-4cm/s；密度ρ=1.65（g/cm3）；孔隙比e=1.2；比重G=2.7；坝基基岩渗透系数：5×10-5cm/s；密度ρ=2.1（g/cm3）；排水棱体渗透系数：5×10-2cm/s；密度ρ=2.35（g/cm3）。

根据规范要求，此次复核考虑正常蓄水位、洪水位对坝体渗流的影响。拟定渗流计算工况为：

①工况1：正常蓄水位+下游相应水位工况；②工况2：设计洪水位+下游相应水位工况；③工况3：校核洪水位+下游相应水位工况；④工况4：水位降落期工况（从正常蓄水位降至死水位）。

3.3 计算方法及结果

苗寨水库大坝为均质土坝，采用Autobank7.7进行运算。

各工况下的坝体渗流计算结果见表1，浸润线示意见图1。

表1 坝体渗流计算成果表

图1 工况4水库水位降落时选择浸润线示意图

从计算成果可知，稳定渗流期各工况下坝体单宽渗流量分别为：工况1为1.02 m3/d、工况2为1.04 m3/d、工况3为1.25 m3/d，坝基宽度按216 m 计算，坝体总渗流量分别为：工况1 为219 m3/d、工况2为224 m3/d、工况3为269 m3/d，渗漏量较大，将影响水库正常蓄水，最大逸出渗透比降为J=0.32，小于坝体土允许渗透比降［J］=0.47，渗流性态满足规范要求。

3.4 大坝渗流分析

根据《碾压式土石坝设计规范》有关规定，对大坝渗流情况进行计算分析，成果为：坝体粘土允许渗透比降【J】=0.47，正常水位、设计水位、校核水位稳定渗流期以及水位降落期坝面土体溢出渗透比降分别为J=0.22、J=0.23、J=0.25、J=0.32，小于，不会发生渗透破坏，稳定渗流期坝体渗流稳定满足规范要求。

4 大坝稳定复核

4.1 稳定计算方法及参数

坝坡稳定采用Autobank7.7进行运算。计算工况同渗流计算工况。坝基、坝体物理力学参数见表2。

表2 坝体、坝基物理力学指标表采用值表

4.2 计算结果

采用简化毕肖普法对正常蓄水位稳定渗流期上、下游坝坡稳定计算。上游坝坡最小抗滑稳定系数为2.79，规范要求为1.25。下游坝坡最小抗滑稳定系数为1.13，规范要求为1.25。计算结果表明，在正常蓄水位稳定渗流期，下游坝坡最小抗滑稳定安全系数不满足规范要求。

采用简化毕肖普法对设计洪水位稳定渗流期上、下游坝坡稳定计算。上游坝坡最小抗滑稳定系数为2.95，规范要求为1.25。下游坝坡最小抗滑稳定系数为1.09，规范要求为1.25。

计算结果表明，在设计洪水位稳定渗流期，下游坝坡最小抗滑稳定安全系数不满足规范要求。

采用简化毕肖普法对校核洪水位稳定渗流期上、下游坝坡稳定计算。上游坝坡最小抗滑稳定系数为3.02，规范要求为1.25。下游坝坡最小抗滑稳定系数为1.06，规范要求为1.25。计算结果表明，在校核洪水位稳定渗流期，下游坝坡最小抗滑稳定安全系数不满足规范要求。

采用简化毕肖普法对正常蓄水位降至死水位期上游坝坡稳定计算。上游坝坡最小抗滑稳定系数为1.38，规范要求为1.25。计算结果表明，在水库水位降落期，上游坝坡最小抗滑稳定安全。

由坝坡稳定计算结果：正常蓄水位844.80 m时、设计洪水位845.99 m、校核洪水位846.34 m 时上游坝坡小于规范要求，大坝现状运行易发生滑动。

5 结论

水库左右邻谷未发现邻谷渗漏问题，水库成库条件好；经复核，在正常蓄水、设计、校核洪水位工况时下游坝坡抗滑稳定最小安全系数不满足相应的规范要求；大坝渗流稳定安全满足规范要求，但目前大坝渗流量较大，浸润线过高，不满足规范要求。

针对大坝在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位等水位情况下，上游坝坡安全系数均不满足规范要求，建议采用上堵下排的方式降低浸润线，即上游坝面采用土工膜防渗，下游坝面增设贴坡排水的方式相结合。