雙里水庫大壩滲流及變形發展規律分析

(福建宏宇工程管理有限公司，福建 漳州 363000)

1 工程概況

雙里水庫位于尤溪縣，壩址控制流域面積34km2，河道長9.25km，河道平均坡降35‰，水庫總庫容1024萬m3，是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、漁業等綜合利用的中型水利工程。水庫于1971年11月破土動工， 1975年1月大壩填筑完成，1976年8月進行保壩加固，2005—2011年對水庫進行除除加固。水庫正常蓄水位491.00m，設計洪水位為494.65m，校核洪水位為495.75m。

2 監測系統及監測數據可靠性分析

2.1 監測系統布置及可靠性分析

雙里水庫針對大壩的監測項目主要有滲流監測和變形監測。

大壩垂直位移監測采用S3型水準儀，水平位移監測采用J2經緯儀。

大壩共設置4個垂直壩軸線方向的監測斷面(A1B1、A2B2、A3B3、A4B4)、2個平行壩軸線的監測斷面(A、B)。共布置測壓管6個，同時設置6個滲壓計，迎水坡、壩頂(防滲墻前)、背水坡分別布置2組。測壓管水位監測采用電測水位計。大壩背水坡坡腳埋設有滲漏監測井。

大壩位移監測性能穩定，儀器監測精度滿足規范要求。滲流監測設施滲漏監測量水堰完好。

2.2 監測數據可靠性分析

大壩滲流監測井自1985年建成后，僅在1989年1—5月進行滲流量監測，2000年11月重新開始滲流量監測，目前收集到2001—2017年的滲流量監測資料，符合連續性、一致性、相關性的原則，滲漏量監測數據可靠。

3 監測資料分析

3.1 滲流資料整理分析

土石壩滲流問題是復雜的流固耦合問題，滲流特征及影響因素較多，主要指標有填筑土的土顆粒組成、孔隙率、滲透坡降和周邊地質情況等，這些指標都可用滲漏量來體現。2001—2017年不同高程的滲漏量年際變化，如圖1所示。

圖1 滲漏量年際變化

對圖1進行分析可知：

a.水庫滲漏量年際變化不大，壩體滲流狀態沒有發生異常變化，但是水庫加固后在低水位時滲漏量比加固前減少較多，在高水位時減少較小，結合地質勘察資料：壩體滲透系數平均值大于1×10-4cm/s，滿足規范要求，但F2產狀N40°W/NE∠75°,寬6～8m；充填斷層角礫巖、破碎巖等，下盤面寬0.5m輝綠巖侵入，順河貫穿壩基上下游，2010年雖對壩基進行全面帷幕灌漿，但未徹底截斷，斷層帶透水率仍較大，造成高水位的滲漏量減少不大。但對加固前后滲漏水水質進行對比，加固后水質較加固前清澈，無渾濁及其他可疑物質帶出，表明大壩加固后在防滲墻影響下，滲漏的水量水質都有所改善。

b.水庫滲漏量隨水庫水位的升高而增大，符合達西定律，在同等條件下，上、下游水位差越大，單寬流量越大。

c.出現個別異常點，特別是水位在485.00～491.00m時，2010年滲漏量達13.5L/s，分析主要原因是2005—2011年為水庫加固期，當時施工時未對壩端排水溝進行及時修砌，山體部分地表水下滲至排水棱體，造成監測期間滲漏量都較大，加固完成后又趨于穩定。

3.2 大壩變形監測分析

3.2.1 大壩垂直位移分析

土石壩是由散粒體堆筑而成，其變形主要是依靠土體自重應力進行固結的過程，是一個復雜的空間問題，其影響因素較多，主要有：孔隙率、壓縮系數、壓縮模量等，但其最終都可用大壩形體變形來體現。根據大壩各階段變形監測資料，1988—2005年沉陷位移實測資料，繪制測點累計沉降量與時間關系線，如圖2、圖3所示；2005—2011年為水庫除險加固期，根據2010—2017年沉陷位移實測資料，繪制該大壩測點累計沉陷量與時間關系線圖4、圖5。

圖2 壩頂累計沉陷量與時間關系(1988—2005年)

圖3 迎水面累計沉陷量與時間關系(1988—2005年)

圖4 壩頂累計沉陷量與時間關系(2010—2017年)

圖5 迎水面累計沉陷量與時間關系(2010—2017年)

對圖2～圖5進行分析可知：

a.1988—2005年大壩最大沉降量為測點A2，監測值為12.1cm；2010—2017年大壩最大沉降量為測點B2，監測值為1.9cm；其次為測點A3，監測值為2.0cm，表明大壩沉陷趨于穩定。

b.大壩中間測點的沉降比兩邊大。測點A2、A3和測點B2、B3位于河谷，填土厚度大，沉陷量大，測點A1、A4和測點B1、B4位于大壩兩端，填土厚度小沉陷量小，這符合巖土固結理論。

c.根據圖3、圖4可知，1988—2005年大壩左邊測點的沉陷量比右邊的大，大壩存在少量不均勻沉降；但根據圖4、圖5可知2010—2017年兩壩端的沉陷量基本一致，表明大壩沉陷趨于均勻。

d.根據大壩運行情況及累計沉陷量變化規律，個別監測數據不能準確反映大壩沉陷位移情況，分析是監測儀器較為陳舊而造成的誤差所至。

3.2.2 大壩水平位移分析

根據1988—2005年沉陷位移實測資料，繪制測點累計沉降量與時間關系線圖6、圖7；根據水庫大壩自2010—2017年的實測資料，繪制水平位移過程線圖8、圖9。

圖6 壩頂水平位移過程線(1988—2005年)

圖7 迎水面水平位移過程線(1988—2005年)

圖8 壩頂水平位移過程線(2010—2017年)

圖9 迎水面水平位移過程線(2010—2017年)

對圖6～圖9進行分析可知：

a.1988—2005年測點水平位移基本上是往下游方向發展，測點A2的水平位移最大，達18.2mm，1993—2005年測點水平位移增長緩慢，且上下波動，水平位移總體上不大。2010—2017年測點的水平位移上下波動，測點B4的水平位移最大2.5mm，水平位移總體上變化不大。

b.根據大壩運行情況及總體大壩水平位移變化規律，個別監測數據不能準確反映大壩水平位移情況，推測是監測儀器較為陳舊造成的誤差所致。

結合2003年及2017年勘察資料進行分析：

2003年勘察資料：筑填土的干密度ρd取1.39～1.62g/cm3，平均值為1.52g/cm3；孔隙e為0.682～0.963，平均值0.794；壓縮系數av1-2為0.543，壓縮模量Es1-2取 5.60，液性指數0.0～0.67，平均值0.23。

2017年勘察資料：填筑土干密度ρd取1.56～1.70g/cm3，平均值為1.62g/cm3；孔隙e為0.701～0.856，平均值0.786，壓縮系數av1-2為0.33，壓縮模量Es1-2取5.21，液性指數0.1～0.51，平均值0.3。

對兩次勘察成果進行分析，兩次勘察較為接近，雖然2017年填筑土干密度大于2003年勘察成果，原因主要是，2017年鉆孔鄰近于高壓旋噴和鉆孔灌注樁，受高壓旋噴和鉆孔灌注樁施工過程中擠壓而增加填筑土密實度，遠離高壓旋噴和鉆孔灌注樁壩體密實度與2003年勘察時基本一致。

結合變形資料分析，通過兩次勘察資料，表明壩體固結度較高，這與2010—2017年兩壩端的沉陷量(見圖4、圖5)監測數據相吻合。大壩的變形，實質上是土體的固結過程。從監測資料及勘察資料結合分析，大壩變形趨于穩定。

4 結 論

a.通過對雙里水庫的監測數據進行分析，其符合連續性、一致性、相關性的原則，資料較為可靠。分析水庫滲漏量，水庫在加固前后，滲漏量在高水位時變化不大，但水質有所改善，較為清澈，無渾濁及其他可疑物質帶出，表明大壩加固后在防滲墻影響下，滲漏量從水量水質都有所改善，后期應加強監測；分析垂直監測數據，大壩沉降量中間大于兩端，但隨著時間的增長，趨于均勻；分析水平監測數據，大壩水平位移上下波動，增長緩慢，但隨著時間的增長，總體上變化不大。

b.土石壩滲流及變形是一個比較復雜的空間問題，理論計算比較復雜，滲流計算一般都近似地作為平面問題來分析；變形計算基于固結理論的基本假設條件下進行分析，但實際運行中每一座水庫影響滲流及變形的主要因素都不同。本文對實測資料進行整理，通過理論結合勘察資料，分析研究影響雙里水庫大壩滲流及變形的原因及對發展趨勢的影響。監測數據系列有限，建議進行進一步監測，建立監測數據信息管理系統，實現自動監測。