東方紅水庫土壩滲流穩定淺析

趙 丹

(北大荒集團黑龍江八五八農場有限公司，黑龍江 虎林 158419)

1 工程概況

東方紅水庫位于呼蘭河支流扎音河上游，壩址位于海倫市東北28km的候家屯附近，水庫控制流域面積522km2，該庫于1958年興建，1965年建成，是一座以防洪、除澇、灌溉、供水為主，結合發電、養魚等綜合利用的大(2)型水庫。水庫樞紐由土壩、溢洪道、輸水隧洞、電站等幾部分組成。

東方紅水庫總庫容為2.14×108m3,工程等別為Ⅱ等，主要建筑物為2級，防洪標準為100a一遇洪水設計，2000a一遇洪水校核。

2 土壩滲流穩定分析

2.1 土壩結構斷面

土壩長560m，壩頂高程242.94m，鋼筋混凝土防浪墻頂高程244.14-244.18m，上游坡1∶2.8-1∶3，在233.70m處設2.0m寬馬道，下游坡1∶2.5-1∶2.75，在233.40m處設2.0m寬馬道。

2000年除險設計：上游護坡在壩體加高部分(高程241.60m至242.94m)，采用混凝土板護坡，結構尺寸為200×300×20cm，下設無紡布作反濾。

下游設0.2m碎石護坡。馬道高程233.40，寬度仍為2m。壩腳以塊石作貼坡排水，頂高程230.00m，下設碎石和砂作反濾。

基礎處理：土壩壩基砂礫石強透水層比較薄，粒徑2-20mm，下臥不透水的基巖，2000年采用高噴成截滲墻，下端深入巖層0.5m，上端插入防滲體部分2.0m。

2.2 計算斷面選擇

典型斷面選取最不利最大壩高斷面作為計算分析斷面。

本次二維滲流有限元分析選取樁號0+200斷面為典型斷面。斷面材料分區見圖2-1，網格劃分見圖2-2。東方紅水庫大壩建設初期為黏土均質壩，經后期除險加固后，在原有壩體的基礎上，在壩頂及壩體下游背水坡，堆填風化碎石料對壩體進行加高培厚，因此現壩體為混合壩體，即黏土防滲體與風化碎石混合土壩殼料構成的混合壩體。壩基上部主要為第四紀松散層低液限黏土、級配不良中砂、級配不良細礫和坡積碎石混合土，下部主要為古生代變質巖，主要有矽質片巖、石墨偏壓、泥質片巖和輝綠巖，其中低液限黏土為弱透水土體，級配不良中砂和級配不良細礫為強透水土體，其下基巖以中等透水為主。壩下無排水體，下游無水，正常工作條件[1]。

計算斷面的材料分區0+200 斷面圖1 滲流有限元計算材料分區

有限元網格0+200 斷面圖2 滲流有限元計算網格劃分

2.3 計算參數選取

各分區材料滲透系數：

壩體分為5層：①低液限粉土室內試驗測得的滲透系數1.33×10-7cm/s；②高液限粉土室內試驗測得的滲透系數6×10-4cm/s；③高液限黏土室內試驗測得的滲透系數1×10-6cm/s；④高液限粉土室內試驗測得的滲透系數6×10-4cm/s；⑤低液限黏土室內試驗測得的滲透系數2.95×10-7cm/s；

壩基為分為2層：①低液限黏土滲透系數試驗值取2.95×10-7cm/s；②級配不良細礫滲透系數試驗值取1×10-1cm/s屬微透水層。

表1 各材料分區滲透系數表

2.4 計算工況

根據水庫運行調度情況選取計算工況。具體見表2。

表2 滲流場計算工況表

2.5 滲流有限元計算成果

為了充分反映大壩二維滲流計算成果，繪制了各計算工況下大壩典型斷面水頭分布圖、關鍵部位的滲流要素及位勢分布。大壩典型斷面各計算工況下的水頭等值線見圖4，斷面滲流要素統計成果見表2-5。由表可見，壩腳出逸處滲透坡降在6.22e-07-1.41e-06之間，均小于地勘報告中給出的允許坡降0.15，滲透穩定滿足《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2020)的要求[2]。

滲流0，H=11.89(m)，水頭(m)等值線①設計洪水位 240.13m

滲流0，H=13.89(m)，水頭(m)等值線②校核洪水位 242.13m

表5 各斷面關鍵部位滲流要素統計表

3 結 論

經滲流計算分析，大壩滲流滿足《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2020)對滲流穩定的要求。土壩沒有塌陷，下游沒有渾水排出。壩肩為黏土及碎石混合土，滲透系數小，目前沒有發現繞滲現象。壩體壩基沒有滲漏現象，大壩滲流穩定。