漳澤水庫大壩結構安全分析

任建營　閆福根　張曉軍

（1.山西省漳澤水庫管理局，山西長治　046000；2.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北武漢430010）

漳澤水庫大壩結構安全分析

任建營1閆福根2張曉軍1

（1.山西省漳澤水庫管理局，山西長治046000；2.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北武漢430010）

本文根據漳澤水庫2008年結構安全評價成果和運行期監測資料，對新舊壩體的沉降變形狀態、大壩滲流和壩坡穩定進行了計算，分析結果表明：大壩各監測點傾度值均未超過臨界破壞傾度值，壩面產生危險性縱、橫向裂縫的可能性不大；大壩整體滲流狀態正常，不存在滲流破壞問題；各種工況下大壩上、下游壩坡的最小安全系數均滿足規范要求，不存在抗滑穩定問題。

漳澤水庫大壩；結構安全；壩坡穩定

1　工程概況

漳澤水庫［1］位于山西省長治市北郊濁漳河南源干流上，為濁漳河南源的控制性樞紐工程（地理位置及樞紐布置見圖1）。1959年11月，大壩動工興建，設計防洪標準200一遇，無校核洪水設計標準。1989年10月—1995年6月，大壩進行全面加固，設計防洪標準達到100年一遇、校核洪水標準達到2000年一遇。水庫總庫容4.27×108m3。樞紐工程包括主壩、副壩、溢洪道、泄水洞和輸水洞等，其中主壩、副壩等主要建筑物等級為2級。

2　大壩改建加高培厚

漳澤水庫大壩為均質土壩，初建時期壩頂高程為905.00m（大沽高程系，下同）。改建加高后，壩頂高程達910.00m，壩長2514m。其中:0+000～0+874為主壩，最大壩高22.50m；0+874～2+514為副壩，最大壩高17.50m。加高后壩體迎水坡馬道（原壩頂）寬3.50m，馬道以下壩坡1∶2.75～1∶3，馬道以上壩坡1∶2.5。背水坡馬道寬2m，馬道以上壩坡1∶2，馬道以下主壩壩坡1∶3～1∶4、副壩壩坡1∶4～1∶8（典型剖面如圖2所示）。

圖1　漳澤水庫地理位置和樞紐布置

3　2008年大壩結構安全評價結論

漳澤水庫2008年結構安全評價指出:大壩舊壩體沉降變形基本穩定，新壩體在2003年、2004年沉降量明顯增大，沉降速度明顯增加，新壩體沉降還未達到穩定狀態。大壩結構安全等級為B級。

圖2　大壩典型剖面（單位:cm）

4　大壩現狀結構安全分析

針對安全評價結論:2015年，從大壩沉降變形分析、大壩滲流計算和壩坡穩定計算三個方面，對大壩現狀結構安全進行了全面分析與評價。

4.1大壩沉降變形分析

4.1.1豎向位移監測布置

大壩壩面豎向位移監測點共計83個，布設于4條平行壩軸線方向的測線上（測線P1～P4）。監測點樁號為0+200～2+200，相同測線上相鄰監測點的間距為100m（監測點典型布置斷面如圖3所示）。

圖3　大壩壩面豎向位移監測點典型布置斷面

4.1.2豎向沉降位移分析

選取壩軸樁號0+600、1+200作為主、副壩的典型斷面，并從“初建期—改建期”“改建期—2008年”和“2008年之后”三個階段對大壩累計沉降進行對比分析，結果見表1。

表1　三階段壩面沉降累計值分析對比

主壩P1測線監測點累計沉降量占壩高的比例分別為1.50%、0.13%和0.03%，占副壩高的比例分別為1.98%、0.30%和0.07%。其中，“初建期—改建期”沉降量最大，其他兩個階段沉降量很小。說明舊壩體在改建期之后沉降已基本趨于穩定，進入2008年后，沉降達到穩定狀態。

“改建期—2008年”監測階段，主壩P2—P4測線監測點的累計沉降量占壩高的比例分別為0.73%、0.91%和0.65%，副壩為0.87%、0.94%和0.48%。沉降量較大，說明該階段新壩體沉降處于不穩定狀態。但進入2008年后，主壩三條測線監測點的累計沉降量占壩高的比例分別降低到 0.04‰、-0.18‰和0.23‰，副壩降低至0.11‰、-0.17‰和-0.16‰，說明2008年之后，新壩體沉降達到穩定狀態。

綜上所述，大壩目前的沉降達到穩定狀態。

4.1.3裂縫分析

本文采用傾度法［2］對大壩裂縫進行分析，即通過計算相鄰監測點的傾度值分析大壩的裂縫情況，傾度值計算見下式:

式中γA-B——A、B兩點的傾度，%；

SA——A點豎向位移，m；

SB——B點豎向位移，m；

ΔL——A、B兩點之間距離，m。

依據上式計算得到各條測線上監測點的最大傾度值（見表2）。

表2　各條測線監測點的最大傾度值

從表2可以看出，主壩縱向最大傾度值為0.19‰，橫向為1.70‰；副壩縱向最大傾度值為0.16‰，橫向為2.50‰。最大傾度值均未超過臨界破壞傾度值（土體的臨界破壞傾度約為1%［3-4］）。因此，可以認為:大壩面產生危險性縱、橫向裂縫的可能性不大。

4.2大壩滲流計算分析

大壩滲流計算采用有限元數值法，計算工況包括正常蓄水位、設計洪水位和校核洪水位。計算參數以2015年地勘成果為基礎，結合原始設計資料及2008年地勘成果，參考類似工程經驗，進行綜合確定。選擇“壩軸樁號0+760”和“壩軸樁號1+300”斷面進行主、副壩滲流計算分析，結果如表3所列，部分工況下浸潤線分布如圖4和圖5所示。

從表3可看出:各工況下，壩體浸潤線均從下游壩腳溢出，出逸點滲透比降均小于容許比降，且大壩總滲流量較小，處在設計允許范圍內。說明目前大壩整體滲流狀態正常，不存在滲流破壞問題。

表3　各種工況滲流計算結果

圖4　壩軸樁號0+760斷面正常蓄水位工況浸潤線（等勢線）分布

圖5　壩軸樁號1+300斷面正常蓄水位工況浸潤線（等勢線）分布

4.3壩坡穩定計算分析

壩坡穩定計算方法采用簡化畢肖普法，并根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274—2001）規定確定計算工況。計算參數及斷面選取同“滲流計算”（計算結果如表4所列），部分工況壩坡最危險滑動面如圖6和圖7所示。

表4　各種工況壩坡穩定計算結果

圖6　樁號0+760斷面下游壩坡最危險滑動面（正常蓄水位）

圖7　樁號1+300斷面下游壩坡最危險滑動面（正常蓄水位）

從表4可以看出:正常運用條件下，各種工況壩坡穩定安全系數最小值為1.75，大于安全系數標準1.35；非常運用條件Ⅰ下，各種工況壩坡穩定安全系數最小值為1.39，大于安全系數標準1.25；非常運用條件Ⅱ下，各種工況壩坡穩定安全系數最小值為1.26，大于安全系數標準1.15。各種工況大壩上下游坡面的安全系數均滿足規范要求。因此，大壩穩定。

5　結語

本文根據漳澤水庫大壩滲流、壩坡穩定計算成果，對大壩現狀結構安全進行了全面的分析與評價，得到以下結論:在“改建期—2008年”監測階段，舊壩體沉降已經趨于穩定，新壩體沉降未穩定，目前新壩體沉降已達到穩定狀態；大壩各監測點傾度值均未超過臨界破壞傾度值，壩面產生危險性縱、橫向裂縫的可能性不大；大壩整體滲流狀態正常，不存在滲流破壞問題；各種工況下大壩上、下游壩坡的最小安全系數均滿足規范要求，不存在抗滑穩定問題?！?/p>

［1］李艷鴿.基于智能計算的土石壩變形與滲流穩定性分析［D］.武漢:中國地質大學，2009.

［2］陳超.克孜爾水庫主壩抗裂計算與分析［J］.水利科技與經濟，2009（7）:602-609.

［3］趙巨仁.汾河水庫大壩變形分析［J］.科技情報開發與經濟，2010（12）:58-59.

［4］王惠民.傾度法在建新水庫大壩觀測資料分析中的應用［J］.水利建設與管理，2013（8）:53-57.

Analysis on structure safety of Zhangze Reservoir dam

REN Jianying1，YAN Fugen2，ZHANG Xiaojun1（1.Shanxi Zhangze Reservoir Administration，Changzhi 046000，China；2.Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

In the paper，old and new dam settlement deformation status，dam seepage and dam slope stability are calculated according to structure safety assessment results and operation period monitoring data of Zhangze Reservoir in 2008.Analysis results show that the inclination value of all monitoring points in the same is not higher than the critical damage inclination value.The possibility for the dam surface to produce risky longitudinal and transverse cracks is low. Overall seepage condition of the dam is normal without seepage damage problem.The minimum safety coefficient on the upstream and downstream dam slopes of the dam can meet requirements of specification under all working conditions without anti-skid stability problem.

Zhangze Reservoir Dam；structure safety；dam slope stability

TV62

A

1005-4774（2016）05-0068-05

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.018