某兩面擋水土石壩滲流穩定分析

劉 悅

(深圳市水務規劃設計院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

近些年，隨著深圳市飲用水水庫水質保障類項目的實施，通過在庫區內修建兩面擋水土石壩將入庫污染雨水和主庫區飲用水進行物理隔離，兩面擋水土石壩的滲流情況將直接影響主庫飲用水水質。因此，有必要分析壩體的滲流情況，以便進一步分析對水庫水質產生的影響。

1 項目概況

深圳某水質保障工程兩面擋水土石壩的上游側為生態庫區，最低水位21.0 m，最高水位24.9 m；下游側為主庫區，汛限水位為22.70 m，正常蓄水位28.70 m，設計洪水位28.80 m，校核洪水位29.29 m，壩頂高程31.0 m，防浪墻頂高程32.0 m，壩線總長416.2 m，最大壩高14.0 m[1]。

受施工條件限制，25.0 m高程以下壩體只能在水下進行填筑，因此壩體兩側水下填筑土石圍堰，中間形成干地施工條件，壩體采用混凝土防滲心墻土石壩，混凝土防滲墻底部深入殘積土5 m，混凝土防滲墻兩側1.5 m范圍采用黏土填筑作為防滲墻的二次保護。壩體斷面型式見圖1。

圖1 壩體斷面圖

2 土石壩滲流分析

2.1 滲流分析原理

土石壩滲流分析的理論基礎為達西定律。達西定律與連續方程結合，從而得到穩定滲流的微分方程式：

(1)

式中：kx，ky，kz為3個滲透主軸方向上的滲透系數；h為水頭函數。

在本文中，將土石壩滲流問題簡化為二維滲流問題(X-Z面)，從而穩定滲流方程為[2]：

(2)

2.2 滲流分析計算工況

滲流計算選取的基本工況見表1。

表1 各工況滲流計算水位組合表

2.3 滲流計算參數取值

各部分的物理力學參數見表2。

表2 材料物理力學參數

注：黏性土允許滲透比降可取2.5～5.0[3]。

2.4 Geo-Studio軟件計算結果

2.4.1 軟件介紹

有限元分析軟件Geo-Studio2012是20世紀70年代由加拿大著名的巖土軟件開發商Geo-Slope公司面向巖土工程、水利工程、地質工程以及公路工程等相關領域開發的一套仿真分析軟件[4]。本文主要利用Seep/w模塊實現土石壩壩體滲流數值模擬。

2.4.2 計算結果

各工況滲流穩定計算結果見圖2-圖6。

圖2 工況一：滲流量、水力坡降等值線圖

圖3 工況二：滲流量、水力坡降等值線圖

圖4 工況三：滲流量、水力坡降等值線圖

圖5 工況四：T=0時滲流量、水力坡降等值線圖

圖6 工況四：T=15時滲流量、水力坡降等值線圖

各工況下滲流量及出逸處水力坡降計算結果見表3。

表3 滲流穩定計算結果

3 結 語

根據上述計算結果，防滲心墻采用混凝土防滲墻防滲較為合理。在各工況下，滲流量均較小，可將生態庫區帶有污染的雨水和主庫區飲用水進行有效的隔離。

Geo-Studio軟件極大方便了滲流的計算、滲流量的估算，給相關專業提供存在物理隔離后水污染程度分析的重要依據。

本工程兩面擋水土石壩壩體型式在各工況下，出逸點滲透比降均較小，滲流量均較小，選取該壩型作為物理隔離是可行的。