寶珠寺重力壩滲壓分析

寶珠寺重力壩滲壓分析

1不完全年調(diào)節(jié)工況寶珠寺水庫(kù)位于四川省廣元地區(qū)白龍河上游。樞紐布置采用實(shí)體混凝土重力壩、壩后式廠房、廠房?jī)蓚?cè)壩身溢流的方案,壩頂全長(zhǎng)524.48m,最大壩高132m,水庫(kù)正常蓄水位588.00m,設(shè)計(jì)洪水位588.30m,校核洪水位591.80m,總庫(kù)容25.5×108m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容13.4×108m3,具不完全年調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量4×175MW,多年平均年發(fā)電量22.0×108kW·h,為I等大(1)型工程,大壩為1級(jí)建筑物。原設(shè)計(jì)地震基本烈度為Ⅵ度,2006年按照Ⅶ度對(duì)攔河壩進(jìn)行了抗震穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核,滿足當(dāng)時(shí)抗震規(guī)范要求。寶珠寺工程于1984年開工建設(shè),1996年發(fā)電,2000年進(jìn)行了大壩竣工驗(yàn)收,至今已安全安全運(yùn)行了十余年。寶珠寺水電站距“5·12”里氏8級(jí)大地震震中約252km,所在四川廣元地區(qū)位于龍門山斷裂帶北段,為“5·12”地震的6大重災(zāi)區(qū)之一。寶珠寺水電站是地震中接近震中區(qū)域庫(kù)容最大的水電站,處于地震0.15g動(dòng)峰值加速度區(qū),其動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4s。震后,電站庫(kù)區(qū)仍余震不斷,其間發(fā)生多次較大的余震,其中最大的一次為5月25日青川發(fā)生的6.4級(jí)地震,震中距電站約40km。2水庫(kù)及其基本滲流分析2.1壩體回采過程中的滲流場(chǎng)中國(guó)水電顧問集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院派出專家組在“5·12”地震發(fā)生后的5月22日～23日對(duì)寶珠寺大壩進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查。從壩頂及498.7m廊道發(fā)現(xiàn)河床壩段永久橫縫有擠壓現(xiàn)象,兩側(cè)壩體結(jié)構(gòu)相差較大的10#～11#、12#～13#、13#～14#橫縫擠壓現(xiàn)象較為明顯。壩頂公路路面層未留伸縮縫,在壩體橫縫處抹面層翹起,上游防浪墻及下游欄桿也在橫縫處出現(xiàn)裂縫,局部表面修飾層脫落。河床段各橫縫未見明顯錯(cuò)動(dòng)跡象。左、右岸壩段橫縫未見擠壓、張開、錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。各壩段壩體縱縫震后均未見異常,壩體結(jié)構(gòu)表面未見明顯裂縫。多數(shù)橫縫無明顯滲水,僅13#～14#壩段間橫縫在基礎(chǔ)廊道和498.7m廊道見有滲水,震后滲水量略有增大。壩體無砂排水管均無大的滲水,多數(shù)為干孔,說明壩體上游面死水位以下部分沒有貫穿性裂縫。各泄洪設(shè)施閘墩、邊墻、過流面未見明顯異常。震后表孔、右中空、左底孔閘門均能正常啟閉?！?·12”地震發(fā)生時(shí),寶珠寺水庫(kù)一直在接近死水位558.0m低水位運(yùn)行,地震發(fā)生時(shí)壩體承受的動(dòng)、靜水荷載均較小。同時(shí),此次地震波方向基本平行于河床壩軸線(NE39°34′42″)方向,而不是上下游方向,對(duì)大壩影響較小。大壩水平位移地震前后變化不大,接縫間位移很小,故“5·12”汶川地震對(duì)壩體結(jié)構(gòu)影響不大。2.2水庫(kù)基礎(chǔ)2.2.1震前后u9-1測(cè)點(diǎn)值對(duì)比為了了解壩基面揚(yáng)壓力的分布情況,根據(jù)大壩的布置和不同地質(zhì)條件,在4#～25#壩段基礎(chǔ)廊道共設(shè)置揚(yáng)58個(gè)壓力觀測(cè)孔,如圖1所示,形成兩縱向、七橫向觀測(cè)斷面。對(duì)比地震前后揚(yáng)壓力實(shí)測(cè)系列資料可以看出,右岸各壩段大部分基揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)量值和變化規(guī)律均無異常變化,僅有u5-1、u9-1和u9-2三個(gè)測(cè)點(diǎn)受到地震的影響:u5-1測(cè)點(diǎn)在”震后測(cè)值變化規(guī)律正常,量值有所減小;震后u9-1測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化規(guī)律與震前一致,量值有所減小;u9-2測(cè)點(diǎn)測(cè)值在震后有明顯下降,如圖2所示。說明地震對(duì)右岸壩基的滲流特性產(chǎn)生了一定影響,但震后壩基揚(yáng)壓力的觀測(cè)值相比震前總體上表現(xiàn)為略有降低或維持震前水平不變,且無異常發(fā)展趨勢(shì),說明目前右岸各壩段壩基揚(yáng)壓力是安全的,該壩段的防滲帷幕處于正常工作狀態(tài)?！?·12”地震對(duì)河床11#～14#以及18#、19#、21#壩段壩基揚(yáng)壓力產(chǎn)生了一定影響,但地震對(duì)這些壩段壩基揚(yáng)壓力的影響主要表現(xiàn)為震后短期內(nèi)揚(yáng)壓力測(cè)孔水位的波動(dòng),隨后趨于穩(wěn)定并保持在震前量值,無異常發(fā)展趨勢(shì)。說明河床大部分壩段壩基揚(yáng)壓力目前是安全的。但需要注意的是,震后11#、12#壩段第一基礎(chǔ)排水廊道內(nèi)測(cè)孔的水位持續(xù)上升,目前仍處于上升過程中,如圖3所示。現(xiàn)將部分測(cè)壓管在各年份代表性庫(kù)水位日期的測(cè)值水頭轉(zhuǎn)換得到α值,從轉(zhuǎn)換結(jié)果可以看出,“5·12”地震對(duì)壩基揚(yáng)壓力折減系數(shù)無明顯影響,震后河床諸壩段的揚(yáng)壓力折減系數(shù)α值均小于設(shè)計(jì)值0.2,岸坡壩段除個(gè)別測(cè)孔在個(gè)別時(shí)段超出設(shè)計(jì)值0.3外,絕大多數(shù)仍滿足規(guī)范要求。通過揚(yáng)壓力測(cè)值序列分析和揚(yáng)壓力折減系數(shù)的計(jì)算分析,認(rèn)為寶珠寺大壩壩基揚(yáng)壓力總體上正常,在設(shè)計(jì)允許運(yùn)行范圍內(nèi),大壩基礎(chǔ)防滲帷幕基本未受影響,運(yùn)行正常。2.2.2壩基滲流規(guī)律滲漏量的監(jiān)測(cè)是為了掌握大壩及其基礎(chǔ)的抗?jié)B能力,帷幕、橫縫止水以及各排水幕和排水隧洞的工作狀況。寶珠寺水電站壩頂全長(zhǎng)524.48m,共27個(gè)壩段,觀測(cè)點(diǎn)分布于河床壩基4個(gè)排水幕、左右各排水洞,觀測(cè)方法為管口流量容積法及量水堰法?！?·12”地震后主河床及左右兩岸共有23個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)值發(fā)生明顯增大,各測(cè)點(diǎn)的安裝位置、變化幅度和震后呈現(xiàn)出的變化規(guī)律如表1所示。上述23個(gè)測(cè)孔“5·12”地震后滲漏量增大,分析其原因是由于地震作用,巖層節(jié)理裂隙將產(chǎn)生振動(dòng)、錯(cuò)位,導(dǎo)致原來巖層閉合的節(jié)理裂隙張開、增大、錯(cuò)位和貫通,形成滲流通道,壩肩和壩基巖體中的微裂隙在地震作用下有一定張開以;據(jù)施工前勘察,壩區(qū)基巖地下水屬裂隙性潛水,地下水主要賦存在斷層破碎帶、斷層影響帶、層間錯(cuò)動(dòng)裂隙帶及其交匯帶內(nèi),地震激活了基巖裂隙,產(chǎn)生裂隙水,以上原因共同導(dǎo)致了震后測(cè)孔滲漏量的突然增加。震后在巖體自重、水荷載及壩體自重作用下巖體中的裂隙又逐漸閉合,滲漏量又逐漸減小。這與震后排水孔出現(xiàn)渾水,右岸地下水位監(jiān)測(cè)孔水位明顯降低等現(xiàn)象是一致的。需要注意的是,19ZP2測(cè)孔測(cè)值在“5·12”震后呈波浪狀上升,2008年11月下旬測(cè)值達(dá)到震后測(cè)值的1.6倍。壩基滲漏量由原來的35.6m3/h增大到59.1m3/h,隨后減小為53.2m3/h,如圖4所示。盡管壩基滲漏量增大,但遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的12000L/min。壩基排水量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于LSY1、LSY2和LSY3三個(gè)量水堰。根據(jù)位置判斷,3個(gè)部位的滲流分別主要來源于右岸山體及第Ⅲ排水幕右側(cè)、左岸12#洞和主排水幕和第Ⅰ排水幕,震前壩基滲水主要集中在16#、17#、18#壩基排水孔,震后在16#壩段的16ZP4、16ZP5和16ZP6三孔曾出現(xiàn)滲水變渾,2d后變清。分析認(rèn)為這是由于壩基受地震的震動(dòng),壩基的斷層、泥質(zhì)夾層中的細(xì)粒被擾動(dòng)帶出,使水變渾,本次帶出物不多,對(duì)基礎(chǔ)無影響。地震對(duì)壩基總滲漏量表現(xiàn)較為復(fù)雜,取決于地震對(duì)上述位置的滲漏量的綜合影響。3“512”震后基礎(chǔ)中滲流場(chǎng)變化地下水位觀測(cè)是衡量滲流作用在大壩和壩基巖體上的水壓力大小及說明滲流對(duì)壩基巖體的浸沒范圍。寶珠寺大壩在左、右岸壩肩的495.00～698.00m高程之間設(shè)置37個(gè)繞壩滲流及地下水位監(jiān)測(cè)孔。左岸壩肩從低到高布設(shè)有18個(gè)繞滲及地下水位監(jiān)測(cè)孔,從“5·12”地震前后的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比來看,地震對(duì)左岸壩肩多數(shù)測(cè)孔無明顯影響,僅有4#、8#、10#測(cè)孔受地震影響較為明顯,如圖5所示:4#孔水位在“5·12”震后下降近30m,8#孔水位震前波動(dòng)很小,震后下降近10m,10#孔水位在“5·12”震后下降10m左右。由于地震的影響,使得左岸壩肩基巖中原有的裂隙和節(jié)理有一定程度的張開并形成新的滲漏通道。裂隙水被激活后增加了左岸的滲流量,地下水經(jīng)由新貫通的滲漏通道滲流并補(bǔ)給了一部分被激活后滲漏的裂隙水,從而造成了上述測(cè)孔水位的降低。通過滲漏通道的不斷調(diào)整,滲流場(chǎng)逐步穩(wěn)定,測(cè)孔水位波幅減小。從地震前后的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比來看,地震對(duì)右岸壩肩滲壓19個(gè)測(cè)孔總體上無明顯影響,僅14#、15#、16#、17#和18#測(cè)孔水位變化較為明顯,其過程線如圖6所示:14#孔水位在“5·12”震后波幅較大;15#孔水位在震后下降10m左右;16#孔水位在2005年后上升約20m,之后水位作小幅波動(dòng),地震后水位小幅降低;17#孔水位在震后略有降低,18#孔水位下降約27m。右岸受地震影響較為明顯的測(cè)孔全部位于右岸岸坡上,震后上述測(cè)孔水位降低的原因與左岸的相似,同為滲漏通道的變化和調(diào)整所致。繪制1999～2008年滲壓等值線及矢量圖分析得出,無論是滲壓極大值系列還是極小值系列,年際變化不大,相對(duì)比較穩(wěn)定?！?·12”地震對(duì)寶珠寺大壩壩址區(qū)滲壓空間分布無明顯影響。其中主河床內(nèi)及岸坡壩頂高程以上的滲壓最為穩(wěn)定,其等值線輪廓及幅度都變化很小,相比之下,兩岸坡上地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育或地形變化比較大的位置的滲壓變化相對(duì)稍大。對(duì)比2008年和2007年最大值等值線可知,主河槽內(nèi)的滲壓變化小于岸坡滲壓;壩基下上游主帷幕處的變化最小,如圖7、8所示,這表明主帷幕效果良好。年內(nèi)最大值滲流矢量方向幾乎沒有改變,也表明了壩區(qū)總體滲流場(chǎng)的在地震后是相對(duì)穩(wěn)定性。3壩基揚(yáng)壓力變化規(guī)律1)根據(jù)震后寶珠寺電站的現(xiàn)場(chǎng)檢查和對(duì)大壩地震前后滲流原觀特性的對(duì)比分析表明寶珠寺水電站自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍能夠正常工作;大壩混凝土結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯損傷,結(jié)構(gòu)完整性依然良好;雖然個(gè)別壩段橫逢出現(xiàn)少量滲水,但綜合分析排水孔情況,推斷上游死水位以下無貫穿性裂縫。2)地震對(duì)河床壩段和左、右岸壩段壩基揚(yáng)壓力影響較小,絕大部分測(cè)孔測(cè)值無大的變化,震后僅個(gè)別測(cè)點(diǎn)測(cè)值降低,目前已基本穩(wěn)定,無異常發(fā)展趨勢(shì);地震對(duì)河床壩段的影響多為震后測(cè)值的短期波動(dòng),隨后逐步趨于穩(wěn)定。河床各壩段的揚(yáng)壓力折減系數(shù)α值均小于設(shè)計(jì)值0.2,岸坡壩段除個(gè)別測(cè)孔在個(gè)別時(shí)段超出設(shè)計(jì)值0.3外,都滿足規(guī)范要求,說明寶珠寺大壩壩基揚(yáng)壓力目前是安全的。但需對(duì)11#、12#壩段第一基礎(chǔ)排水廊道內(nèi)測(cè)孔加強(qiáng)觀測(cè)以確定