黃土高原地區均質土壩滲流分析

徐喜剛

（慶城縣水務局 水利建設管理站，甘肅 慶陽 745100）

水庫水位的周期性變化引起庫區滑坡的現象日益增多，成為常見的地質災害之一[1]。土石壩運行中，人工調蓄，自然降雨等因素的影響，庫水位迅速變化會使坡內孔隙水壓難以及時消散，減小土料的有效應力，降低土體抗剪強度，從而引起壩坡失穩破壞[2]。水位的滲透力與滲透坡降成正相關關系，水位下降幅度越大，滲透坡降也越大，滲透力也越大，非穩定滲流而引起的滲透力，使邊坡的滑動力矩增大，減小了土壤的抗剪強度，對土質邊坡的穩定性產生不利影響，同時使得壩坡的穩定系數下降，是引起土石壩壩體破壞的主要原因[3]。系統全面地監測和分析庫水位變化條件下的土石壩滲流穩定問題具有重要的意義。

1 工程概況

芡子溝水庫位于甘肅省慶城縣慶城鎮蓮池村陳家莊組芡子溝溝口上游245 m 處，是一座注入式抗旱應急小型水庫，2018 年11 月開始蓄水運行，解決了縣城周圍12.73 萬人的用水問題，同時成為慶陽市市區應急水源工程的水源。工程由水庫、擋水壩、溢洪道、輸水建筑物等組成。總庫容319.6 萬m3，壩體采用均質土壩，壩高51.6 m，壩頂長度205.41 m，壩頂寬6 m，水庫設計死水位1083.2 m，正常高水位1096.6 m，設計洪水位1097.49 m，校核洪水位1098.29 m，水庫建基高程1051.8 m，壩頂高程1099.6 m，防浪墻頂高程1100.8 m，壩下設置結合槽[4]。

2 監測布設

壩體滲流壓監測。大壩滲流監測主要有大壩壩體內部測壓管。滲流觀測分別在壩橫0+055、0+085、0+125設置3 個監測斷面，沿斷面設置4 組監測點，分別為壩縱0-005、0+005、0+032、0+075，共12 個測壓管。

表1 滲流觀測管位置及參數表

3 滲流觀測資料分析

3.1 不同壩縱斷面滲流分析

如圖1 所示，水庫水位在年度內呈先升后降的趨勢，于2020 年9 月6 日和2021 年9 月12 日達到最大水位，分別為1089.45 m 和1089.7 m。在壩縱0-005 斷面上C1、C5、C9 測壓管液面高度為零。在壩縱0+005斷面上C2 測壓管液面高度平均為2.21 m，液面高度受水庫水位影響較大，變化趨勢稍微滯后于水庫水位；C6測壓管液面高度隨時間變化逐漸平緩，2020 年9 月底開始為零；C10 測壓管液面高度為零。壩縱0+032 斷面上C3 測壓管液面高度平均為11.99 m，液面高度受水庫水位影響較大，變化趨勢稍微滯后于水庫水位；C7 測壓管液面高度隨時間變化逐漸平緩，液面高度基本不受水庫水位影響；C11 測壓管僅在20220 年8 月至9 月短時間出現液面高度，平均為0.3 m。壩縱0+075 斷面上C4 測壓管滲流液面高度平均為2.97m，液面高度受水庫水位影響較小；C8、C12 測壓管液面高度為零。

圖1 不同壩縱斷面滲流圖

3.2 不同壩橫斷面滲流分析

如圖2 所示，壩橫0+055 斷面上C1 測壓管液面高度為零；C2、C3 測壓管液面高度受庫水位影響較大，隨庫水位變化趨勢相同，但稍有滯后；C4 測壓管液面高度受庫水位影響較小。壩橫0+085 斷面上，C5、C8測壓管液面高度為零；C6、C7 測壓管液面高度受庫水位影響較小。壩橫0+055 斷面上C9、C10、C11、C12液面高度均為零。

圖2 不同壩橫斷面滲流圖

3.3 不同壩橫斷面壩體浸潤線

根據各測壓管數據，繪制壩橫不同斷面壩體最大浸潤線，如圖3 所示。壩橫0+055 斷面上，C1 測壓管處壩體浸潤線低于1078.37 m；壩橫0+085 斷面上，C5 和C8 測壓管處壩體浸潤線分別低于1078.38 m 和1056.86 m；壩橫0+0125 斷面上，僅C1 測壓管處浸潤線在2020年8-9 月份高于1056.99 m。總體來看，由壩左向壩右壩體浸潤線逐漸降低，壩體浸潤面整體較低。

圖3 不同壩橫斷面壩體浸潤線圖

4 結語

水庫大壩的安全運行是發揮水庫效益的保證，水庫大壩滲流監測的應用，是提升水庫安全運行性的重要手段，水庫滲流監測的應用能夠為分析水庫滲流穩定分析提供數據支撐，為水庫大壩的穩定運行奠定基礎。通過對近2 年水庫大壩滲流觀測數據分析，芡子溝水庫壩體不同部位的浸潤過程線都與壩前蓄水位過程線變化基本一致，浸潤線最高水位與壩前最高蓄水位相對滯后，越到下游滯后時間越長，符合壩體浸潤線變化相對滯后壩前蓄水位過程線的正常規律。壩體從壩左向壩右，壩體揚壓力逐步降低，表明壩體左側揚壓力大于壩體右側揚壓力，在相同壩橫斷面上的壩體浸潤線由壩左向壩右逐步降低。