沟后坝溃坝渗流初步分析

沟后坝溃坝渗流初步分析*

PRELIMINARY SEEPAGE ANALYSIS OF FAILURE OF THE GOUHOU DAM

盛金保

Sheng Jinbao

(水利部大坝安全监测中心,南京)

(The Dam Safety Monitoring C enter of the Ministry of Water Resources P .R .C ,Nanjing )【摘　要】　重点分析了沟后坝失事前的渗流状态。结果表明:失事前,大坝内部渗流仍处在稳定自由渗漏阶段,坝体中部仍未饱和,饱和的上部坝体内部发生了管涌破坏,同时下游坝坡局部可能丧失了渗透稳定性,但坝基覆盖层以及下部坝体仍处于渗透稳定状态。

【关键词】　沟后水库　面板砂砾石坝　渗流　渗透稳定

1　引言

　*

到稿时间:1995-08-30

青海省沟后水库大坝(图1)为钢筋混凝土面板砂砾石坝,于1993年8月27日晚溃决,酿成人员和财产的重大损失。根据大量的现场及室内试验资料,本文重点对大坝溃决前的渗流状态及渗透稳定进行了分析。

(1)防浪墙(2)钢筋混凝土面板(3)干砌石护坡(4)坝轴线　(5)任意料　(6)帷幕灌浆(7)河床砂砾石覆盖层　(8)坝基花岗闪长岩

图1　大坝典型剖面

2　钢筋混凝土面板与防浪墙水平接缝开始渗水前的坝体渗流状态分析

防浪墙底板顶面的设计高程为3277.35m 。由于坝体沉陷等原因,失事前,防浪墙底板顶面高程大致为3277.00m ,因此本

文假设当库水位低于3277.00m 时,面板与防浪墙水平接缝间沿坝轴大部分没有渗水通过。2.1　面板防渗效果分析

失事后在现场调查发现,高程3255.00m 的水平缝止水不佳,纵向接缝在右坝段高程约3275.00m 处发现接缝上的丁基胶填料及其上的保护铁皮翘起,其下有干草屑,证明此处向坝内渗水。经对冲至下游的面板残骸检查,发现面板蜂窝现象不少;有的紫铜片“W ”两端与面板结合不紧,有的近于分离,且蜂窝现象在此部位较严重。可以肯定面板的渗漏是存在的[1]。

如果面板的渗漏仅是局部的,仍能起控制渗流量的作用,那么它就能承担一部分水头。如果面板充分渗水并超过其后垫层区的透水能力,渗流量将由垫层控制(相当于面板防渗失效)。此时若垫层的透水性远小于其下游的砂砾料,仍可按斜墙土坝来进行渗流分析。可沟后坝虽然分区施工,但事实上基本为均质坝,因此在面板防渗失效的情况下,可按一般透水地基上各向异性均质土坝进行渗流分析。

沟后水库在溃决前的8月10～25日,蓄水位变化很小(大致从3274.00m 蓄至

3275.00m)。若忽略这段时间内的水位变化,认为坝内已形成稳定渗流状态,就可根据实测流量资料及观察到的渗流逸出点高度来定量分析面板的防渗效果。

首先假定面板丧失防渗作用,按透水地基上一般均质土坝进行渗流计算。计算简图见图2,并近似认为基岩相对不透水,下游河床无明流。计算水位取上游3275.00m ,下游3220.00m

。

图2

　不考虑面板防渗作用时典型断面计算简图

图3　考虑面板防渗作用时典型断面计算简图

根据现场与室内试验资料,坝体材料的渗透系数大致在10-2～10-3cm /s 量级,坝基覆盖层的渗透系数大致在10-2cm/s 量级,不同各向异性程度组合情况下的计算结果见表1。

在7月14日至8月27日,水库水位由3261.00m 连续46d 逐渐升至3277.30m 过

表1　面板充分渗水条件下渗流量

竖向渗透系数/cms -1

坝体　覆盖层各向异性程度k x /k z

单宽渗流量/1s -1m -1总渗流量/1m -110-310-310-310-210-210-2

10-210-210-210-210-210-2

15101510

0.401.863.561.617.0913.39

60.0279.0534.0241.51063.52000.5

程中,水库管理局观测到:当库水位低于3267.00m 时,坝后无渗流透出,7月30日水

库水位达3270.00m 时,坝后逸出渗流,实测渗流量Q =0.5l/s 。8月18日库水位达3274.30m ,渗漏量增加到Q =7.4l/s,此时坝基潜流量为16l/s,总渗漏量为23.4l/s 。当水库水位为3275.00m 时,总渗漏量大致在25l /s 左右。

对比表1,可见计算的渗流量远远大于实测值,因此可以认为,在库水位低于3277.00m 情况下,面板虽然存在局部渗漏,但渗漏量小于坝体的排渗能力,说明面板在整体上起到了防渗作用。现场调查也发现溃口处面板下游无库水渗出。

2.2　面板与防浪墙水平接缝渗水前坝体浸润线计算

由于在水位低于3277.00m 时,面板能发挥防渗作用,因而此时可以按斜墙土坝进行渗

流分析[2]

。计算简图见图3。水位取上游3277.00m ,下游3220.00m,坝体及覆盖层的等效平均渗透系数分别取k =10-3cm /s ,k 0=10-2

cm/s,并假定水平向透水性比垂直向大5倍(即k x /k z=5)。计算成果列于表2。

可见,当(h T -H 2)/(H 1-H 2)=0.3～0.4,即面板承受70%～60%作用水头时,计算渗流量与实测流量相近。据此笔者认为,在水位未超过3277.00m 以前,坝体浸润线较低,渗流逸出点位置也很低,对坝坡的整体稳定性影响小。

表2　面板防渗效果试算成果

h T -H 2H 1-H 2

h T /m q /ls -1m -1B /m Q =B q /ls -1h o /m

逸出点高程/m

0.10.20.30.40.50.6

5.7311.4617.1922.9228.6534.38

0.060.130.200.280.360.46

7090105115120130

4.29.021.032.243.259.8

0.260.570.931.361.892.553220.263220.573220.933221.363221.893222.55

3　大坝失事前的坝体渗流状态分析

当库水位超过3277.00m 时,由于面板与防浪墙水平接缝间止水失效[3],库水开始经该缝大量渗入坝内。

3.1　接缝渗水能力估算

假定缝下坝体材料充分排水,不起淤堵作