不同滲流條件下水庫防滲措施應用效果及評價方法研究

王志云

（齊齊哈爾市水利工程建設質量與安全監督站，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 引言

水庫建設和運行安全事關國計民生，事關解決“三農”問題[1]。中國己潰水庫中因壩體滲漏而失事的占比20%以上，是造成潰壩的主要原因[2]。因此，水庫的防滲措施是干系整個水利工程成敗的關鍵，合理評價水庫防滲措施是避免水庫滲透破壞的關鍵。

學者們對水庫防滲評價做了大量的研究：黃順濤等[3]通過分析壩址地質來評價水庫防滲的情況。周洪文等[4]通過分析水文地質條件來評價水庫防滲情況。賈立維等[5]運用鉆探和物探結合的方法評價水庫防滲。張禎武等[6]用示蹤探測技術分析水庫防滲。趙鵬等[7]利用人工神經網絡分析水庫防滲情況。毛健全等[8]運用數學地質模型和邏輯信息法分析大壩滲漏。

上述研究用多種方式探索研究了水庫防滲效果評價方法，但未充分結合水庫壩體與庫區地形地質進行綜合模擬分析，僅單獨分析獨立壩體的防滲情況。因此，本文將利用巖土工程軟件MIDAS GTS，建立壩體、庫區整體模型，通過數值模擬分析來評價水庫防滲。

1 工程概況與防滲措施

1.1 工程概況

某水庫位于東北地區，水庫任務為灌溉、供水和發電。擋水壩為面板堆石壩，壩高156 m。壩址基巖巖體不均勻，風化差異明顯，壩址風化厚度統計見表1，水庫各部分滲透性見表2。

表1 壩址巖體風化厚度統計表

表2 水庫各部滲透參數表

河床覆蓋層由上至下分為塊石夾卵石層、粉細砂夾卵石層、卵石夾塊石層。基巖滲流為均勻的裂隙水流，庫區地質構造分布見圖1。壩址區斷裂構造復雜，有斷層、裂隙、軟弱夾層、構造擠壓破碎帶等，其中斷層F11、F12 對水庫滲漏影響尤為重要。

1.2 防滲方案確定

水庫防滲一般基于“前堵截、中壓截、后導排”原則，根據工程地質條件、水庫工程等別等綜合采用多種防滲措施，從而滿足工程安全需要。

表3 為大壩壩基設計允許水力梯度表，結合水庫地層勘察結果及設計參數等具體情況，最終確定該水庫防滲措施主要有上游鋼筋混凝土面板、趾板帷幕防滲墻以及壩肩帷幕防滲。

表3 大壩壩基設計允許水力梯度

2 水庫防滲計算

基于庫區地勘資料利用軟件MIDAS GTS 構建模型見圖2。邊界主要包括圍繞著模型外部邊界設置（水位，流量，水位-流量，河床底坡）[1]，以及布置在整個網格的降水條件，利用代碼施加各種邊界條件。滲流分析考慮校核洪水工況、正常蓄水工況和死水位工況，計算成果匯總見表4，各工況滲流路徑見圖3，孔隙水壓力見圖4。

圖2 壩址三維建模模型

圖3 滲流路徑圖

圖4 孔隙水壓力云圖

表4 防滲計算結果統計表

根據計算成果分析得知：

（1）各工況下大壩下游滲流水頭在經過防滲系統后急劇降低，說明防滲系統防滲效果良好，對壩體起到了很好的保護效果。

（2）各工況下滲流流速微小，說明防滲系統能有效避免流土、管涌、接觸沖刷滲透破壞。

（3）各工況下滲漏量與河流流量相比微乎其微，不會影響水庫的正常蓄水；說明設計防滲系統能保證水庫蓄水。

（4）各工況下的水力梯度遠小于設計允許值（J=0.400），說明大壩在水力梯度方面不會對壩體造成安全隱患。

（5）各工況下滲流路徑均未透過面板，出現明顯的繞壩滲流。說明面板的防滲效果極好，滲流繞過左右壩肩防滲帷幕指向下游，設計的防滲措施有良好的防滲效果。

（6）各工況下孔隙水壓力由壩基向壩頂遞減，且平行于滲流浸潤面，在浸潤面以上的岸坡孔隙水壓力出現負值，有利于壩體岸坡穩定。

3 結論

本文總結國內外普遍使用的防滲技術的特點及適用條件，然后基于巖土工程軟件MIDAS GTS，對東北地區某水庫的壩體壩址進行滲流數值模擬，分析該水庫在各工況下防滲措施的效果。通過此次數值模擬及分析結果得到：①大壩滲流水頭在經過防滲系統后急劇降低；②滲流流速微小；③滲漏量極??；④水力梯度遠小于設計允許值；⑤出現明顯的繞壩滲流；⑥孔隙水壓力由壩基向壩頂遞減，且平行于滲流浸潤面，在浸潤面以上的岸坡孔隙水壓力出現負值。說明該水庫防滲措施設計合理，防滲效果良好，能保證水庫蓄水和安全運行。同時也為水庫防滲計算提供新的思路，即利用巖土工程軟件MIDAS GTS。