安吉县赋石水库大坝渗流分析

安吉县赋石水库大坝渗流分析

郁孟龙郑敏生

【摘要】通过对赋石水库大坝渗流的理论计算及对浸润线测压管、绕渗测压管资料的分析，证明坝体、心墙防渗效果良好，大坝心墙和坝体砂壳渗透稳定并朝有利趋势方向发展，两坝肩存在绕渗现象，但两坝肩坝体处于渗透稳定状态。

【关键词】恒定渗流非恒定渗流渗流计算渗流分析土石坝赋石水库

1 工程概况

赋石水库位于安吉县西苕溪赋石村，控制流域面积331km2，总库容2.18亿m3，是一座以防洪为主结合灌溉、发电等综合利用的大(二)型水利工程。水库于1972年10月兴建，1977年3月蓄水，6月竣工。枢纽工程由粘土心墙砂壳坝、泄洪闸、溢洪道、非常溢洪道、装机3×1250kW 坝后电站组成。坝高为43.2m，坝顶长446m，PMF校核洪水位91.8m，百年一遇设计洪水位89.15m，正常蓄水位81.0m。

2 坝体渗流现状及渗流观测设备布置情况

坝体自蓄水以来，历经多次较大洪水考验，未出现任何集中渗漏和背水坡面潮湿现象，至今工程运行正常。

坝体浸润线测压管：分别埋设在0+146m、0+245m、0+345m三个断面。每个断面埋设5根测压管，其编号分别为W、D、X、Y、Z，其中W、D管在坝体心墙内，X、Y、Z管在坝体下游侧的砂壳内。各管埋设平面位置见图1。现Y-2、Y-3、Z-1、Z-2管已失效。

图1 大坝测压管平面布置示意图

左、右坝肩绕渗测压管：左、右坝肩各三个断面，分别埋设了14

根测压管，共计28根。其编号分别为左-1～左-14，右-1～右-14。现左-1、左-2、左-3、左-5、左-6、左-8、左-11、左-12管已堵塞失效。

3 渗流理论计算

3.1 坝体渗透指标的确定

针对目前大坝的渗流现状，本次分析未做坝体勘探，分析指标采用原大坝心墙施工过程中试验指标。渗透断面分区是以修正标准剖面图为基础，其中粘土心墙上游侧的砂壤土由于在填筑过程中与粘土心墙未作严格区分，计算时视为一区；垂直渗透系数Ky采用原大坝心墙粘土的试验资料作为计算依据，水平渗透系数Kx根据有关资料及心墙的施工特点取为5Ky,坝基基岩作为相对不透水层。

坝体可分为3个渗透分区，各区的水平、垂直渗透系数见表1。

表1 赋石水库坝体渗透系数分区指标

3.2 渗流计算

3.2.1 计算断面的确定

坝体浸润线测压管埋在0+146m、0+245m、0+345m三个断面上，均在河床部分。分析计算选取修正横剖面图中0+280m以左断面和0+280m以右断面共两个断面作为计算断面。由于0+280m为滩地和堵口段的分界桩号，故上述两个断面基本上能代表整个坝体河床部位的平面渗流断面。

3.2.2 稳定渗流计算

3.2.2.1荷载组合

根据规范规定，渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件，需计算下列条件水位组合情况：

(1)上游正常高水位与下游相应最低水位。

(2)上游设计洪水位与下游相应最高水位。

(3)上游校核洪水位与下游相应最高水位。

3.2.2.2 0+280m以左、0+280m以右断面计算结果

在正常蓄水位情况下，即上游库水位81.0m，下游水位46.3m，两断面坝体浸润线、等势线分布分别见图2、图3。其他工况下计算结果从略。

图2 0+280以左断面稳定渗流计算结果

图3 0+280以右断面稳定渗流计算结果

3.2.3 非稳定渗流计算

非稳定渗流计算的三种工况

库水位以最大可能的速率降水，下游水位取用48.5m(泄洪洞底高程)。分别计算以下三种工况：

(1)库水位从88.3m(非常溢洪道堰顶高程)降至81.0m(正常水位)；

(2)库水位从88.3m降至70.0m(库水位最大降落曲线中最低水位)；

(3)库水位88.3m降至61.6m(1/3坝高)。

3.2.4 坝体局部渗透分析

由渗流计算可知，赋石水库稳定渗流期坝体内的等势线分布较为均匀，0+280m以左、0+280m以右断面在正常蓄水位81.0m时，心墙底部及出逸处最大渗透坡降Jcp、Jch分别为2.20、4.27及3.30、4.62。稳定渗流期各工况下的最大渗透坡降及单宽流量(q)见表2。

表2 稳定渗流期内最大渗透坡降及单宽流量

4 观测资料分析

4.1 资料样本的整理

渗流正常观测始于1980年4月，本次资料整理选用1981～1995年的资料。由于观测资料较多，对这15年资料根据一定的原则进行筛选，选出样本进行统计分析。

4.1.1 资料样本的选用

为排除测压管水位“滞后”时间及降雨等因素对观测资料的影响，选用的库水位上升过程中相对稳定(库水位升幅不超过5%)时段内，坝体测压管相对稳定时间为20d以上，坝头绕渗测压管10d以上，并且在观测当天及前二天无降雨或降雨很小的观测资料作为样本。

4.1.2 整理方法

先采用回归分析法，以库水位(H)为自变量，测压管水位(h)为因变量，根据最小二乘法求解回归方程，然后采用类比分析法，对各个时段在正常水位下的测压管水位进行分析，分析渗流状态的变化趋势。对于坝体下游侧的砂砾体(坝体砂壳、砂砾地基)，用渗透比降来分析其渗透稳定性。

4.1.3 成果整理

(1)回归方程

将资料样本进行一元线性回归，求得回归方程h=a+BH，并进行相关系数检验，根据相关系数来判别测压管水位与库水位相关的显著性。

坝体Y、Z排测压管因资料不完整，且管水位已接近下游水位，故不作整理。W、X排测压管分5个时段进行整理，D排测压管位于心墙渗流出逸区，滞后时间较长，其管水位随库水位的变化幅度相对较小，资料样本的多少将会影响到分析成果的准确度，故将15年资料合并一起整

理；绕渗测压管对各断面下游侧的测压管进行整理。其中W

2、D

2

、左-4、

右-4测压管的分析成果见表3，其他略。

表3 库水位(H)与测压管水位(h)相关分析表