基于AutoBank軟件的水庫大壩滲流穩(wěn)定安全鑒定

王玉潔

摘? ? 要：水庫大壩經(jīng)過多年運(yùn)行，應(yīng)對其進(jìn)行安全評價(jià)，其中，滲流穩(wěn)定安全是評價(jià)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文通過AutoBan7.7水工設(shè)計(jì)軟件的滲流分析功能、穩(wěn)定分析功能，結(jié)合云州水庫大壩安全評價(jià)工程，計(jì)算在正常運(yùn)行條件和非常運(yùn)行條件下的滲流穩(wěn)定。并結(jié)合現(xiàn)場檢查觀測分析對比，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：云州水庫;AutoBank軟件;滲流穩(wěn)定;安全評價(jià)

1? 工程概況

云州水庫位于河北省張家口市赤城縣云州鎮(zhèn) 3km 處，距赤城縣城20km，系潮白河主要支流白河上的一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電的大（2）型水利樞紐工程。壩址以上控制流域面積1170.0km2，總庫容1.02億立方米。水庫100年一遇洪水設(shè)計(jì)水位1034.57m、2000年一遇洪水校核水位1038.48m。1972年水庫初建完成，主要建筑物包括主壩、泄洪洞、發(fā)電輸水洞及壩后式電站。主壩能否在各個(gè)運(yùn)行條件下安全運(yùn)行對下游保護(hù)對象安全至關(guān)重要。

2? 現(xiàn)場滲流檢查結(jié)果

對云州水庫主壩建筑物進(jìn)行了現(xiàn)場檢查。滲流安全檢查部位主要包括主壩、壩基、壩趾近區(qū)、壩端及壩端岸坡。

主壩迎水坡無冒泡、變渾或漩渦等異常現(xiàn)象，背水坡及壩趾無散浸、冒水、滲水坑、管涌等現(xiàn)象;壩后外引排水溝完好，排水溝無明流。壩后沒有異常;兩岸壩體與岸坡連接處無滲水現(xiàn)象;兩岸繞壩滲流無異常現(xiàn)象;滲流觀測設(shè)施主要為測壓管，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

3? AutoBank計(jì)算原理

對于穩(wěn)定滲流，符合達(dá)西定律的非均各向異性二維滲流場，水頭勢函數(shù)滿足微分方程：

水頭φ還必須滿足一定的邊界條件，經(jīng)常出現(xiàn)以下幾種邊界條件：

將滲流場用有限元離散，假定單元滲流場的水頭函數(shù)勢φ為多項(xiàng)式，由微分方程及邊界條件確定問題的變分形式，可導(dǎo)得出線性方程組：

求解以上方程組可以得到節(jié)點(diǎn)水頭，據(jù)此求得單元的水力坡降，流速等物理量。求解滲流場的關(guān)鍵是確定浸潤線位置，Autobank采用節(jié)點(diǎn)流量平衡法通過迭代計(jì)算自動(dòng)確定浸潤線位置和滲流量。

4? 主壩滲流安全計(jì)算

4.1? 主壩滲流穩(wěn)定計(jì)算

主壩為均質(zhì)土壩，根據(jù)測點(diǎn)布置，選取樁號0+055、樁號0+086、樁號0+138三個(gè)斷面作為計(jì)算斷面。計(jì)算工況分為正常工作條件和非常工作條件：上游水位為正常蓄水位1029.60m及設(shè)計(jì)洪水位1034.57m時(shí)的穩(wěn)定滲流期為正常運(yùn)行工況;校核洪水位1038.48m時(shí)的穩(wěn)定滲流期為非常運(yùn)行工況。正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位與校核洪水位分別對應(yīng)的下游水位為999.0m、1000.0m與1000.4m。壩體浸潤線計(jì)算采用河海大學(xué)《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)程序》（Autobank7.7）計(jì)算。

0+055樁號浸潤線計(jì)算成果見表1。

4.2? 主壩非穩(wěn)定滲流計(jì)算

計(jì)算工況：正常工作條件為上游正常蓄水位1029.60m降至死水位1026.67m及設(shè)計(jì)洪水位1034.57m降至汛限水位1029.56m;非常工作條件為水庫水位的非常降落，自校核洪水位1038.48m降至汛限水位1029.56m。

經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，校核洪水位1038.48m經(jīng)11.55小時(shí)降至設(shè)計(jì)洪水位1034.57m;設(shè)計(jì)洪水位1034.57m經(jīng)12h降至正常蓄水位1029.60m;正常蓄水位1029.60m經(jīng)24小時(shí)降至死水位1026.67m。庫水位降落計(jì)算成果見表1。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，k/（μ.v）<0.1，庫水位為驟降;k/（μ.v）>60，庫水位為極緩慢降落;0.1

經(jīng)計(jì)算，上游正常蓄水位1029.60m降至死水位1026.67m、設(shè)計(jì)洪水位1034.57m降至汛限水位1029.56m和校核洪水位1038.48m降至汛限水位1029.56m均為驟降，壩體浸潤線來不及降低，仍為水位下降前的浸潤線。

5? 結(jié)論

主壩防滲墻建成后，壩基卵石層中的主要滲漏通道被截?cái)啵瑝魏竺黠@滲漏點(diǎn)水流消失，解決了壩基覆蓋層滲漏問題。壩基巖體大部分為弱風(fēng)化巖，巖體完整堅(jiān)硬，多屬微透水、極微透水和不透水層，不會(huì)形成滲漏帶，不存在基巖滲漏問題。主壩防滲設(shè)施完善，通過滲流、滲透穩(wěn)定計(jì)算分析，壩體浸潤線低于排水棱體頂高程或地面高程，滲壓水位變化無異常發(fā)展趨勢，運(yùn)行中無滲流異常現(xiàn)象，壩體、壩基滲流處于安全狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《云州水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》（2006年2月，河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院）.

[2] SL274-2001.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] SL551-2012.土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].