基于實測資料土石壩滲流穩定分析

李雨潔，鄭漢種，黃錦來

(1.東陽市思源供水有限公司,浙江 金華 322100; 2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020; 3.金華市九峰水庫管理中心，浙江 金華 321000)

1 工程概況

東方紅水庫位于東陽市虎鹿鎮溪口村之北1 km處,地處錢塘江流域金華江水系東陽江支流白溪上游河段,是一座以灌溉為主,并結合防洪、供水、發電、養殖等綜合利用的中型水庫,其工程等別為Ⅲ,主要建筑物級別為3級,次要建筑物級別為4級。水庫按50 a一遇洪水設計(198.06 m)、200 a一遇洪水校核(201.0 m)。水庫樞紐主體工程有攔河壩、溢洪道、泄洪洞等建筑物。加固前主要靠原黏土心墻進行大壩防滲,2008年除險加固在原黏土心墻的中間部位設置一道混凝土防滲墻進行防滲。

為觀測大壩壩體的防滲效果,選取3個觀測斷面(壩0+060 m、壩0+100 m、壩0+140 m),其中壩0+060 m斷面壩上鉆孔埋設6只滲壓計;壩0+100 m斷面壩上鉆孔埋設4只滲壓計;壩0+140 m斷面鉆孔埋設9只滲壓計。為觀測大壩壩基的防滲效果,選取2個觀測斷面(壩0+060 m、壩0+100 m),其中壩0+060 m斷面壩上鉆孔埋設3只滲壓計;壩0+100 m斷面鉆孔埋設5只滲壓計。

2 滲流監測資料分析

土石壩在竣工蓄水后的運行期間,均會受到水的滲流作用,這可能對大壩結構安全產生不利的影響,而當滲流要素超過某個允許值時,其壩體結構就會產生破壞[1]。本工程為觀測大壩壩體的防滲效果,布置了3個觀測斷面(壩0+060 m、壩0+100 m、壩0+140 m),本次滲流分析選取典型斷面壩0+060 m進行分析,壩0+060 m斷面滲流觀測圖如圖1所示。滲壓計安裝采用鉆孔埋入法。其中滲壓計UP1-4，UP1-6，UP1-9埋入壩基中。

2.1 滲流過程線分析

滲壓計水位和庫水位隨時間變化的過程線見圖2。

由圖2可知,UP1-1水位低于庫水位10 m～15 m左右,與庫水位有著一定的相關性;上游側UP1-2,UP1-3水位與庫水位相關性較好,且與庫水位相近;防滲墻后UP1-5 水位與庫水位有著一定的相關性,與墻前同一高程UP1-3相比,水位降低約3 m～5 m。下游側UP7,UP8和壩基滲壓計UP1-4,UP1-6,UP1-9水位與庫水位相關性較小,水位走勢平穩基本無變化。

2.2 位勢分析

選取近5年來穩定高水位工況計算位勢,計算結果如表1所示。

表1 壩0+060 m斷面壩體滲壓計位勢計算表

由表1可知,各工況下位勢計算結果規律性一致,無異常變化;墻前位勢依據埋設高程自上而下逐步降低,同一斷面從上游至下游位勢逐步降低,符合滲流一般規律;UP1-3與UP1-5分別位于防滲墻墻前和墻后同一高程,墻體前后位勢削減10.93%～18.07%;下游坡UP1-7和一級馬道UP1-8水位均接近于地下水位,位勢接近于0.00%;綜上分析可知該斷面大壩防滲效果較好。

3 滲流水位統計模型分析

3.1 回歸模型的選擇

由土石壩的滲壓計水位的實測資料以及相關研究資料可知,滲壓計水位主要受上下游水位、降雨以及壩體材料的滲透時變特征等影響。壩體滲壓計水位與庫水位的一次方成正比,然而隨著上游水位的變化,存在一個滲流的過程,使壩體的滲壓計水位滯后于庫水位[2]。降雨在入滲壩體內引起滲壓計水位變化也存在一個滯后的過程[3]。土石壩竣工蓄水后,土體結構顆粒會發生一定的變化,壩前也會逐漸淤積形成自然鋪蓋,這些因素對滲壓計水位的影響有一個時效過程[4-5]。

根據前文分析結果,壩體滲壓計水位受庫水位影響顯著,但是壩體滲壓計水位變化一般要滯后7 d左右,因本工程下游無水,故hd=0。而降雨量對壩體滲壓計水位也有一定的影響,與此同時,滲壓計水位有明顯的時效過程。

綜上分析,壩體滲壓計水位的統計模型為：

3.2 成果分析

根據前面的實測資料,本次對壩體滲壓計UP1-2,UP1-3,UP1-5，UP1-7，UP1-8的水位建立回歸模型并進行分析,分析成果見表2，表3。

表2 滲壓水位回歸分析成果詳細表

表3 滲壓計最高水位影響因子占比表 %

由表2可知,UP1-2，UP1-3，UP1-5回歸模型的復相關系數R在0.94以上,標準差S在0.53 m以下,說明回歸的精度較高;而UP1-7,UP1-8回歸模型的復相關系數R均較低,根據前文的資料分析可知,其主要受地下水位的影響,與庫水位及降雨量的相關性不大。

UP1-2,UP1-3，UP1-5測點未選當日庫水位和前1天、前2天庫水位,說明庫水位對測點的影響具有滯后性。UP1-2,UP1-3,UP1-5測點均僅選取了前2天的降雨量平均值,說明降雨量對測點的影響也具有滯后性。

由表3可知,UP1-2,UP1-3,UP1-5測點滲壓水位中,水位分量所占比重最高,在63.78%～80.24%之間;降雨分量占比均接近于0,對滲壓水位未產生影響;時效分量所占比重在19.76%～36.22%之間。

綜上,UP1-2,UP1-3，UP1-5測點滲壓水位受庫水位和時效共同影響,且主要受上游庫水位影響;UP1-7，UP1-8測點滲壓水位主要受地下水位的影響,與庫水位及降雨量的相關性不大。

4 結論

基于東陽市東方紅水庫,通過對水庫大壩滲流的實測資料,建立統計模型進行分析,得出以下結論:

1)上游側測點水位與庫水位相關性較好,防滲墻后UP1-5水位與庫水位有著一定的相關性,下游側和壩基滲壓計水位與庫水位相關性較小。

2)位于防滲墻墻前和墻后同一高程,墻體前后位勢削減顯著;下游坡和一級馬道水位均接近于地下水位,綜上分析可知該斷面大壩防滲效果較好。

3)由統計模型分析可知,UP1-2,UP1-3,UP1-5測點滲壓水位受庫水位和時效共同影響,且主要受上游庫水位影響;UP1-7,UP1-8測點滲壓水位主要受地下水位的影響,與庫水位及降雨量的相關性不大。