苗寨水庫大壩穩(wěn)定性復(fù)核分析

羅能軍

（鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣水務(wù)局，貴州 鎮(zhèn)遠(yuǎn) 557700）

1 工程概況

苗寨水庫工程擋水建筑物為均質(zhì)土壩，現(xiàn)狀壩頂高程847.50 m（此次復(fù)核高程與2003年除險(xiǎn)加固高程差147.20 m），最大壩高21.10 m，壩頂長216 m（不含溢洪道），壩頂寬4.60 m。現(xiàn)狀大壩上游面設(shè)一級(jí)馬道，馬道以上邊坡系數(shù)為1∶2.25～2.40，馬道以下邊坡系數(shù)為1∶3.66。下游壩面設(shè)兩級(jí)馬道將其分為三個(gè)壩坡，綜合邊坡系數(shù)分別為：1∶2.1（837.50～847.50 m）、1∶2.6～1∶3.75（829.80～837.50 m）、1∶0.1（826.40～829.80 m），其中826.40～829.80 m范圍為排水棱體區(qū)。大壩上游面采用預(yù)制砼護(hù)坡，下游面采用草皮護(hù)坡。

2 地形及水文條件

苗寨水庫庫區(qū)地處非可溶巖與可溶巖分界部位，地貌為侵蝕-溶蝕中低山地貌，河谷為近橫向谷，呈不對(duì)稱倒梯形型，庫盆走向SW 向。兩岸山體較不延續(xù)，岸坡較緩，地形坡度為20°～30°。河谷高程一般為820～830 m，山頂高程一般為845～860 m，高差50 m 左右。河谷較平坦開闊，兩岸侵蝕沖溝發(fā)育較少，山體總體較完整，無低鄰谷發(fā)育。

庫區(qū)內(nèi)分布寒武系清虛洞組的可溶巖、杷榔組的非可溶巖，庫區(qū)未見泉水露頭，在水庫放水至死水位后，可見大壩基礎(chǔ)及截流墻基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖之上，庫區(qū)內(nèi)均為泥質(zhì)頁巖出露，庫區(qū)巖體為相對(duì)隔水層，發(fā)生滲漏的可能性小。大壩下游及左壩肩840 m高程以上，右壩肩834 m高程以上出露巖體為清虛洞組的灰?guī)r，出露基巖可見小溶溝溶槽發(fā)育，未見大巖溶通道發(fā)育，兩壩肩存在發(fā)生滲漏的可能性較大，壩基由于相對(duì)隔水層的阻隔，發(fā)生滲漏的可能性較小。左岸有壓扭性斷層通過，形成滲漏通道，庫水可能順斷層破碎帶滲漏。

在大壩上游側(cè)揭開6處預(yù)制塊，發(fā)現(xiàn)土工膜上覆粘土夾塊石、碎石，塊石粒徑較大，碎石有部分呈針片狀，導(dǎo)致土工膜被刺破，大壩上游面中部雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘門混凝土支墩附近的開挖顯示支墩直接澆筑于土工膜上部，該處土工膜已拉裂失效。截流墻局部沉降開裂，沉降處經(jīng)開挖后發(fā)現(xiàn)土工膜在該處與截流墻未建立聯(lián)接。綜上分析，截流墻基礎(chǔ)未置于強(qiáng)風(fēng)化巖體上，土工膜存在刺破及拉裂現(xiàn)象。土工膜未與截流墻建立聯(lián)接導(dǎo)致防滲體系并未封閉，庫水通過未封閉點(diǎn)及拉裂處滲入壩體導(dǎo)致滲漏及壩體下游浸潤線升高。

3 大壩現(xiàn)狀滲流穩(wěn)定計(jì)算

3.1 計(jì)算基本參數(shù)及原則

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，土壩滲流計(jì)算的任務(wù)是：①確定壩體浸潤線及滲透比降，供壩體穩(wěn)定計(jì)算之用。②確定壩體與壩基的滲流量，復(fù)核壩體滲透穩(wěn)定性。壩體穩(wěn)定計(jì)算剖面的繪制，采用此次收集到資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況繪制，擬出的大壩典型橫剖面作為穩(wěn)定復(fù)核的計(jì)算剖面。

3.2 計(jì)算參數(shù)及工況

壩體填筑粘土滲透系數(shù)：5×10-4cm/s；密度ρ=1.65（g/cm3）；孔隙比e=1.2；比重G=2.7；壩基基巖滲透系數(shù)：5×10-5cm/s；密度ρ=2.1（g/cm3）；排水棱體滲透系數(shù)：5×10-2cm/s；密度ρ=2.35（g/cm3）。

根據(jù)規(guī)范要求，此次復(fù)核考慮正常蓄水位、洪水位對(duì)壩體滲流的影響。擬定滲流計(jì)算工況為：

①工況1：正常蓄水位+下游相應(yīng)水位工況；②工況2：設(shè)計(jì)洪水位+下游相應(yīng)水位工況；③工況3：校核洪水位+下游相應(yīng)水位工況；④工況4：水位降落期工況（從正常蓄水位降至死水位）。

3.3 計(jì)算方法及結(jié)果

苗寨水庫大壩為均質(zhì)土壩，采用Autobank7.7進(jìn)行運(yùn)算。

各工況下的壩體滲流計(jì)算結(jié)果見表1，浸潤線示意見圖1。

表1 壩體滲流計(jì)算成果表

圖1 工況4水庫水位降落時(shí)選擇浸潤線示意圖

從計(jì)算成果可知，穩(wěn)定滲流期各工況下壩體單寬滲流量分別為：工況1為1.02 m3/d、工況2為1.04 m3/d、工況3為1.25 m3/d，壩基寬度按216 m 計(jì)算，壩體總滲流量分別為：工況1 為219 m3/d、工況2為224 m3/d、工況3為269 m3/d，滲漏量較大，將影響水庫正常蓄水，最大逸出滲透比降為J=0.32，小于壩體土允許滲透比降［J］=0.47，滲流性態(tài)滿足規(guī)范要求。

3.4 大壩滲流分析

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，對(duì)大壩滲流情況進(jìn)行計(jì)算分析，成果為：壩體粘土允許滲透比降【J】=0.47，正常水位、設(shè)計(jì)水位、校核水位穩(wěn)定滲流期以及水位降落期壩面土體溢出滲透比降分別為J=0.22、J=0.23、J=0.25、J=0.32，小于，不會(huì)發(fā)生滲透破壞，穩(wěn)定滲流期壩體滲流穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4 大壩穩(wěn)定復(fù)核

4.1 穩(wěn)定計(jì)算方法及參數(shù)

壩坡穩(wěn)定采用Autobank7.7進(jìn)行運(yùn)算。計(jì)算工況同滲流計(jì)算工況。壩基、壩體物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 壩體、壩基物理力學(xué)指標(biāo)表采用值表

4.2 計(jì)算結(jié)果

采用簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)正常蓄水位穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算。上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為2.79，規(guī)范要求為1.25。下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.13，規(guī)范要求為1.25。計(jì)算結(jié)果表明，在正常蓄水位穩(wěn)定滲流期，下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

采用簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算。上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為2.95，規(guī)范要求為1.25。下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.09，規(guī)范要求為1.25。

計(jì)算結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期，下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

采用簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)校核洪水位穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算。上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為3.02，規(guī)范要求為1.25。下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.06，規(guī)范要求為1.25。計(jì)算結(jié)果表明，在校核洪水位穩(wěn)定滲流期，下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

采用簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)正常蓄水位降至死水位期上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算。上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.38，規(guī)范要求為1.25。計(jì)算結(jié)果表明，在水庫水位降落期，上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全。

由壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果：正常蓄水位844.80 m時(shí)、設(shè)計(jì)洪水位845.99 m、校核洪水位846.34 m 時(shí)上游壩坡小于規(guī)范要求，大壩現(xiàn)狀運(yùn)行易發(fā)生滑動(dòng)。

5 結(jié)論

水庫左右鄰谷未發(fā)現(xiàn)鄰谷滲漏問題，水庫成庫條件好；經(jīng)復(fù)核，在正常蓄水、設(shè)計(jì)、校核洪水位工況時(shí)下游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)不滿足相應(yīng)的規(guī)范要求；大壩滲流穩(wěn)定安全滿足規(guī)范要求，但目前大壩滲流量較大，浸潤線過高，不滿足規(guī)范要求。

針對(duì)大壩在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位等水位情況下，上游壩坡安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，建議采用上堵下排的方式降低浸潤線，即上游壩面采用土工膜防滲，下游壩面增設(shè)貼坡排水的方式相結(jié)合。