慶云縣南候水庫大壩滲流影響因素及壩坡穩定分析

姜 鵬

（德州市水利勘察設計研究院，山東 德州 253000）

水庫建成蓄水后，在上、下游水位作用下，壩體和壩基均會出現滲流現象。滲流對壩體和壩基穩定有重要影響。壩體在運行過程中內部會形成穩定的滲流場，產生的滲透壓力和土壤孔隙水壓力可能影響土顆粒間的有效應力，降低大壩土體的抗剪強度和安全性，導致壩體產生滲透變形?；谏鲜鲈颍疚膶c云縣南候水庫大壩滲流進行計算和分析。

1 工程概況

南候水庫位于山東省慶云縣，工程任務是調蓄黃河和南水北調來水，解決項目區的缺水問題，為慶云縣城居民生活和大型工業建設儲備資源，保證國民經濟可持續協調發展。按《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2000)規定，工程規模屬小(1)型，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物按4級設計，次要建筑物按5級設計。永久建筑物圍壩、入庫泵站、出庫泵站、引水渠為4級，其余建筑物為5級。

水庫設計蓄水位為13.03 m，設計蓄水深8.50 m，庫容為990萬m3，死水位5.03 m，死庫容47.5萬m3，調節庫容942.5萬m3。水庫工程主要由引水工程、水庫樞紐工程以及管理單位組成。引水工程包括引水渠及其引水閘；水庫樞紐工程主要包括圍壩、入庫泵站、出庫泵站、泄水洞和管理單位設施等。

2 計算模型

堤身滲透計算參照《堤防工程設計規范》計算公式[1]，見下式：

式中：qD為不透水地基上求得的相同排水型式條件下的均質土堤單位寬度滲流量，m3/（s·m）。

得出浸潤線方程表達式如下：

式中：q 為單位寬度滲透量，m3/（s·m）；k 為堤身滲透系數，m/s；k0為地基滲透系數，m/s；H1為上游水位，m；H2為下游水位，m；h0為下游出逸點高度，m；m1為上游坡坡率；m2為下游坡坡率；T為地基有效深度，m。

3 壩體滲流計算

3.1 參數確定

壩體及各土層滲透系數參照表1取值。

表1 壩體及庫區地基圖層滲透系數取值表

3.2 計算結果

選擇不同壩段，同水頭條件下，有防滲措施和無防滲措施滲流量進行對比。

7-7’壩段計算“ss0,Time=0h,H=13.03”無防滲措施和有防滲措施滲流量，見圖1、圖2。

圖1 滲流量(進)=4.17112E-05 m3/s

圖2 滲流量(進)=1.73378E-05 m3/s

20-20’壩段滲流計算“ss0,Time=0h,H=13.03”無防滲措施和有防滲措施滲流量見圖3、圖4。

圖3 滲流量(進)=3.61629E-05 m3/s

圖4 滲流量(進)=1.52132E-05 m3/s

28-28’壩段滲流計算“ss0,Time=0h,H=13.03”無防滲措施和有防滲措施滲流量見圖5、圖6。

圖5 滲流量(進)=3.45237E-05 m3/s

圖6 滲流量(進)=1.62746E-05 m3/s

42-42’壩段滲流計算“ss0,Time=0h,H=13.03”無防滲措施（圖7）和有防滲措施（圖8）滲流量，見圖7、圖8。

圖7 滲流量(進)=2.71434E-05 m3/s

圖8 滲流量(進)=6.14049E-06 m3/s

3.3 結果分析

通過滲流場模擬圖可以看出，各壩段在采取防滲措施后，滲流量均顯著降低，滲透路徑延長，浸潤線的走向發生明顯變化。尤其在壩體部分，流線不再經過全斷面，而是在壩前滲入后受到阻擋，垂直向壩基方向，在防滲墻的阻擋下沿表層壩基流向下游。同時，加入防滲材料后壩體浸潤線的出逸點有所下降。具體計算結果見表2。

表2 各壩段有無防滲措施滲流量對比

4 結論及建議

4.1 結論

（1）無防滲措施條件下，7-7’壩段滲流量為4.17112E-05 m3/s，20-20’壩段滲流量為3.61629E-05 m3/s，28-28’壩段滲流量為3.45237E-05 m3/s，42-42’壩段滲流量為 2.71434E-05 m3/s。

（2）有防滲措施7-7’壩段滲流量為 1.73378E-05 m3/s，20-20’壩段滲流量為 1.52132E-05 m3/s，28-28’壩段滲流量為1.62746E-05 m3/s，42-42’壩段滲流量為 6.14049E-06 m3/s。

（3）在采取了防滲措施后壩體及壩基滲流量均明顯減小，浸潤線降低，防滲效果顯著。縱觀國內外土壩垮壩事故的產生，大多數是由水庫內庫水位變化引起的滲流問題引起的[1]，熟悉土壩滲流規律，及時采取防治措施，對工程施工期及后期運行均具有重大的研究價值。

4.2 建議

（1）在上中游設置切斷透水壩基的垂直防滲措施，如：土質截水槽、混凝土防滲墻、樁柱式防滲墻、黏土防滲墻、防滲板墻、灌漿帷幕、泥漿槽防滲墻、自凝灰漿防滲墻、混凝土防滲墻和灌漿帷幕的組合等等。

（2）在運用防滲加固的方法之后，利用其它一些防水措施，如褥墊排水以及棱體排水措施，壩體內豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設備，有效消除水庫上游的漏水現象，使得下游壩基水頭及浸潤線下降。