王家塘水庫大壩加固前后滲流分析與評價

蔣春艷

（湖南省水利水電科學研究所 長沙市 410007）

黎 峰 張海旭 徐琛琛

（長沙理工大學水利工程學院 長沙市 410114）

1 工程概況

王家塘水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合效益的小（Ⅰ）型水利工程，由大壩、溢洪道及輸水建筑物組成。正常蓄水位101.59m，設計洪水位103.48m，校核洪水位104.08m，死水位為88.89m，下游均無水。大壩為土石壩，壩頂高程105.00m，最大壩高18.11m，壩頂寬6m，上游壩坡坡比 （從上至下）1∶1.86～1∶2.16，下游壩坡坡比（從上至下）1∶2.61～1∶1.84。

大壩壩體施工質量差、壩基未進行防滲處理、無排水棱體。自1958運行至今，當水庫在正常蓄水位以上運行時，壩體外坡坡面96m以下開始存在散浸問題，壩基存在3.5m厚的中等透水帶，大壩安全級別被工程主管部門評定為三類。針對存在的問題，采取了壩體高噴灌漿、壩基帷幕灌漿及新建排水棱體等防滲加固措施[1]，加固后形成了厚0.6m的壩體高噴防滲墻、壩基防滲帷幕及5m高的排水棱體。

本文采用有限單元法[2,3,4]對水庫大壩加固前后的滲流進行計算，對比分析加固前后浸潤線、滲流量及逸出點水力坡降的變化[5]，并對防滲加固措施效果進行評價。

2 壩體數值模型及計算工況

2.1 數值模型

為便于對比加固前后浸潤線位置、滲流量、水力坡降，滲流計算選用同一典型橫剖面作為分析對象，對應的計算實體模型見圖1。加固前后模型材料分區見表1，計算網格數值模型見圖2。

圖1 加固前后實體模型

表1 加固前后計算模型的材料分區

圖2 加固前后計算網格模型

2.2 計算工況

選取以下三種工況作為大壩滲流分析的計算工況：

（1）水庫水位處于正常蓄水位形成穩定滲流時的下游壩坡滲流狀況（工況一）。

（2）水庫水位處于設計洪水位形成穩定滲流時的下游壩坡滲流狀況（工況二）。

（3）水庫水位處于校核洪水位形成穩定滲流時的下游壩坡滲流狀況（工況三）。

2.3 計算參數

根據工程資料，各種材料主要物理指標見表2，壩體材料的允許水力坡降為J=0.4。

表2 材料滲透系數

3 壩體滲流有限單元分析

加固前后浸潤線位置對比詳見圖3～圖5、滲流量及逸出點水力坡降的對比見表3。

圖3 工況一加固前后浸潤線位置對比圖

圖4 工況二加固前后浸潤線位置對比圖

圖5 工況三加固前后浸潤線位置對比圖

由計算結果可知：

（1）加固前，壩體浸潤線位置高，逸出點偏高，正常蓄水位時下游逸出點高程為96.22m，與實際溢出情況非常吻合；加固后浸潤線位置顯著降低并通過排水棱體逸出。這表明采用的防滲措施對降低浸潤線效果顯著。

表3 加固前后滲流量與逸出點水力坡降表

（2）加固前，大壩滲流量較大，q=1.728m3/d/m以上；加固后，大壩滲流量明顯減小，計算最大可能滲流量q= 0.864m3/d/m。這說明防滲措施對減少壩體滲流量效果明顯。

（3）加固前工況三逸出點水力坡降大于壩體材料允許坡降，壩體存在發生滲透破壞的可能；加固后所有工況逸出點坡降均小于允許坡降，大壩滲流穩定滿足現行規程規范要求。

（4）壩體滲流有限單元數值計算與實際比較吻合，計算要求能夠滿足工程需要，并節約時間、節約成本，方便快捷有效。

4 結 語

本文對加固前后王家塘水庫大壩典型橫剖面進行了滲流計算分析。計算結果表明：加固前浸潤線位置偏高、滲流量較大、逸出點水力坡降大于允許坡降、大壩可能發生滲透破壞；通過采用防滲加固措施，浸潤線有效降低、滲流量明顯減小、壩體溢出坡降滿足壩體材料與規范的要求。加固前后的滲流場對比表明：本工程采用的壩體高噴灌漿、壩基帷幕灌漿及新建排水棱體等防滲加固措施是非常有效的。

1 鄒玉華.淺談中小型水庫土石壩的除險加固設計 [J].四川水利, 2009 ,5 :52 -54 .

2 李化軍,張海旭.胡谷水庫壩體滲流分析與安全評價[J].吉林水利, 2010 ,8 :43 -45 .

3 劉杰,武建萍,高麗梅.水庫除險加固后土壩的滲流穩定分析[J].內蒙古農業科技,2010 ,(1 ):77 -79 .

4 蔣春艷，常曉林，周偉，用于重力壩抗滑穩定分析的分項系數有限元方法[J].水力發電學報，2006 .4 :16 -20 .

5 JIANG Chunyan, CHANG Xiaolin, YANG Xiaoqing，Stability Safety Analysis of Wuhan Section of Changjiang Dike under Drawdown Conditions [A]. 2006 International Symposium on Safety Science and Technology[C]. 2006.11:2 356-2 360.