吳嶺水庫(kù)大壩散浸穩(wěn)定性分析

吳嶺水庫(kù)大壩散浸穩(wěn)定性分析

吳嶺水庫(kù)位于湖北省景山區(qū)。水庫(kù)以上接水面積102公里，年平均降水1202.9mm。總庫(kù)水位70.32萬(wàn)米。這是一個(gè)以灌溉為主，防洪和水產(chǎn)養(yǎng)殖為主的中等大小節(jié)水項(xiàng)目。水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩,壩基為砂巖.在水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中,大壩出現(xiàn)了集中漏水、散浸等較為嚴(yán)重的異常滲漏問(wèn)題.大壩與左岸山坡結(jié)合處,散浸較嚴(yán)重.在1980年6月庫(kù)水位為61.37m時(shí),大壩左岸壩段背水坡散浸較為嚴(yán)重的區(qū)域發(fā)生了長(zhǎng)約50m的大面積滑坡.大壩平面圖及散浸滑坡區(qū)見(jiàn)圖1.鑒于吳嶺水庫(kù)大壩存在的上述問(wèn)題,作者根據(jù)其工程地質(zhì)狀況對(duì)大壩左岸發(fā)生滑坡的壩段進(jìn)行了滲流及其對(duì)壩坡穩(wěn)定影響的分析,研究斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2.1流量分析1.1巖—滲流計(jì)算方法、計(jì)算參數(shù)及計(jì)算工況計(jì)算方法采用張有天等人提出的“有自由面滲流問(wèn)題的初流量法”.大壩填土的滲透系數(shù)采用實(shí)際鉆孔取樣值,為k=2.25×10-7m/s.強(qiáng)風(fēng)化砂巖與殘坡積土透水性很強(qiáng),沒(méi)有實(shí)測(cè)值,在計(jì)算中將其處理成相對(duì)強(qiáng)透水層,其滲透系數(shù)取大壩填土滲透系數(shù)的100~1000倍.壩體下游坡腳的排水體按完全透水處理.計(jì)算工況包括:①實(shí)際最大洪水狀況(以便與實(shí)際滲流情況進(jìn)行比較驗(yàn)證,由此確定所采用的數(shù)值模型的可靠性),其水位邊界條件上游水位為64.55m,下游無(wú)水,水位為地面高程;②設(shè)計(jì)洪水工況(上游水位65.65m,下游無(wú)水);③校核洪水工況(上游水位66.72m,下游無(wú)水).1.2壩體浸漬線位置圖3和圖4分別是計(jì)算斷面實(shí)際最大洪水狀況滲透坡降矢量圖和測(cè)壓管水頭等值線圖.從圖3可知,由于強(qiáng)風(fēng)化砂巖與殘坡積土的強(qiáng)透水性,庫(kù)水進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖與殘坡積土后,在內(nèi)部形成高含水層,其中的滲透坡降很小,受其影響,在其臨近的土壩區(qū)域測(cè)壓管水頭很高.從圖4可得,在大壩中部偏上游的位置,測(cè)壓管水頭在64.0m以上,接近庫(kù)水位,相應(yīng)地,該部位浸潤(rùn)線位置很高.圖3、圖4顯示出浸潤(rùn)線P1P2與P3P4被下游壩坡面分割,部分滲流從下游壩坡面流出,這與實(shí)際情況基本接近,在實(shí)際工程中表現(xiàn)為散浸,散浸范圍大致在高程55.0m到62.0m之間.由于下游排水體的排水作用,在壩體坡腳位置的滲流通過(guò)排水體排出,浸潤(rùn)線與排水體上游面相交,在坡腳位置沒(méi)有出現(xiàn)涌水現(xiàn)象,這亦符合實(shí)際情況.設(shè)計(jì)洪水及校核洪水情況下的滲透坡降矢量圖和測(cè)壓管水頭等值線圖與圖3、圖4相近,只是浸潤(rùn)線隨著上游水位的上升而進(jìn)一步抬升.從上述計(jì)算結(jié)果可以看到,由于大壩基礎(chǔ)位置存在強(qiáng)透水層,使得強(qiáng)風(fēng)化砂巖與殘坡積土臨近的土壩區(qū)域內(nèi),維持了很高的水頭,另一方面,大壩在設(shè)計(jì)施工時(shí)沒(méi)有對(duì)強(qiáng)風(fēng)化砂巖和殘坡積土作透水性分析,沒(méi)有采取有效的防滲措施,排水體又不能起到有效降低浸潤(rùn)線的作用,這就造成了前面有強(qiáng)透水層,后面排水體作用有限的缺陷,從而造成了大壩下游壩坡在比較高的位置產(chǎn)生散浸現(xiàn)象,危及大壩的安全.2水庫(kù)下游坡的抗滑穩(wěn)定計(jì)算2.1壩坡抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算由于大壩為均質(zhì)粘土壩,根據(jù)《土工原理與計(jì)算》、《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》,可采用瑞典圓弧滑動(dòng)法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),并在計(jì)算中計(jì)算滲流水壓力的影響.計(jì)算參數(shù)則根據(jù)實(shí)際地質(zhì)勘探成果選取.各計(jì)算參數(shù)列于表1.計(jì)算工況的水位條件與滲流計(jì)算相同.由于主要是分析滲流對(duì)下游壩坡穩(wěn)定的影響,故僅計(jì)算下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù).2.2壩體防滲抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果各種計(jì)算工況下的下游壩坡段抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)成果見(jiàn)表2.根據(jù)表2所列計(jì)算結(jié)果可知,大壩計(jì)算斷面下游壩坡在正常運(yùn)用情況下,不滿(mǎn)足穩(wěn)定要求(在上游水位低于設(shè)計(jì)洪水位時(shí),壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.20).另外,作者還進(jìn)行了假設(shè)已在壩頂上游壩肩縱斷面對(duì)強(qiáng)透水層進(jìn)行了有效的防滲處理時(shí)各種水位情況下的抗滑穩(wěn)定計(jì)算,計(jì)算所得大壩下游壩坡在各種運(yùn)行情況下的抗滑最小安全系數(shù)均大于1.40,滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求,遠(yuǎn)大于現(xiàn)有工程狀況下受到較高水頭滲流水壓力作用之值.大壩下游壩坡坡比為1∶3.0,壩高也只有20.4m,填土的物理力學(xué)指標(biāo)也不太差,壩坡之所以還不滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求,主要原因就是浸潤(rùn)線太高,滲流水壓力使得壩坡的穩(wěn)定性能變差.根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知:吳嶺水庫(kù)大壩左岸岸坡處由于施工時(shí)未將山坡的殘坡積土清理掉,加之此處存在較厚的強(qiáng)透水的強(qiáng)風(fēng)化砂巖層,導(dǎo)致此處壩體的滲漏出現(xiàn)異常,當(dāng)庫(kù)水位較高時(shí),壩體內(nèi)浸潤(rùn)線較高,在壩的下游坡面又沒(méi)有設(shè)排水和反濾層,因而使得下游壩坡的抗滑穩(wěn)定不能滿(mǎn)足規(guī)范的要求,存在滑坡的危險(xiǎn),實(shí)際上,在此處已經(jīng)發(fā)生過(guò)大面積滑坡.3壩體防滲穩(wěn)定計(jì)算本文通過(guò)對(duì)吳嶺水庫(kù)大壩左岸出現(xiàn)異常散浸及發(fā)生局部滑坡的壩段進(jìn)行滲流計(jì)算,得出了計(jì)算斷面滲透坡降矢量圖及測(cè)壓管水頭等值線圖.計(jì)算結(jié)果表明:由于此壩段存在強(qiáng)風(fēng)化砂巖與殘坡積土的強(qiáng)透水層對(duì)于大壩的滲流影響非常大,使得壩體內(nèi)部浸潤(rùn)線抬高,在大壩上游側(cè)比較大的范圍內(nèi)水位接近庫(kù)水位,使得壩體內(nèi)孔隙水壓力很高,大壩下游壩坡在比較高的位置出現(xiàn)大面積異常嚴(yán)重的散浸,危及大壩安全,所計(jì)算出的散浸區(qū)域基本上與實(shí)際情況一致.對(duì)該壩段的壩基如不采取有效的防滲措施,散浸問(wèn)題不可能得到解決,必將繼續(xù)危及大壩的安全.在考慮滲透水壓力的作用下,通過(guò)對(duì)計(jì)算壩段下游壩坡的抗滑穩(wěn)定計(jì)算,得出了其在各種不同上游水位的情況下的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù).計(jì)算結(jié)果表明:該壩段不滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求,存在滑坡的危險(xiǎn).其原因是由于在大壩的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中,未對(duì)壩址區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘察,對(duì)該壩段的地質(zhì)情況不了解,不知道存在一較厚的強(qiáng)透水的強(qiáng)風(fēng)化砂巖層,施工時(shí)未將山坡的殘坡積土清理掉,未對(duì)強(qiáng)透水的強(qiáng)風(fēng)化砂巖層及殘坡積土層進(jìn)行防滲處理,因而導(dǎo)致此處壩體的滲漏出現(xiàn)異常,當(dāng)庫(kù)水位較高時(shí),壩體內(nèi)浸潤(rùn)線較高,使得下游壩坡的抗滑穩(wěn)定受到影響.另一方面,壩的下游壩坡又沒(méi)有設(shè)反濾層,因而使得下游壩坡的抗滑穩(wěn)定不能滿(mǎn)足規(guī)范的要求.在上游水位較高且同時(shí)發(fā)生較大強(qiáng)度降雨的情況下,大壩下游壩坡將受到更大的水壓力作用,極有可能出現(xiàn)大面積滑坡,嚴(yán)重危及大壩安全.若對(duì)該壩段的強(qiáng)透水層采取有效的防滲措施,降低大壩下游部分土體內(nèi)的浸潤(rùn)線高度,減小土體受到的孔隙水壓力的作用,則該壩段下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)將大為提高,大壩的抗滑穩(wěn)定將能夠得到保證.通過(guò)對(duì)吳嶺水庫(kù)大壩受滲流影