黄壁庄水库主坝坝基渗流分析.pdf

黄壁庄水库主坝坝基渗流分析 黄壁庄水库主坝坝基渗流分析 葛 义 荣 河北省黄壁庄水库管理处 河北鹿泉市 050224 摘 要 摘 要 通过对黄壁庄水库主坝坝基渗流 40 余年的观测资料分析 就坝基渗流状态给予评价 主坝工程经过多年 的运行 坝基防渗性能有效 坝基渗流稳定且满足设计要求 并对设计水位情况下坝基渗流进行了安全性预测 关键词 关键词 主坝 水位 过程线 坝基渗流 渗透坡降 中图分类号 中图分类号 TB212 1 文献标识码 文献标识码 A 文章标识码 文章标识码 1672 1683 2004 03 0044 03 Analysis of Primary Dam Foundation Seepage Stability Analysis of Primary Dam Foundation Seepage Stability GE Yi rong Huangbizhuang Reservoir Administration Luquan 050224 China Abstract Abstract Based on analysis of data over forty years of primary dam foundation seepage this paper evaluates primary dam foundation seepage situation and predicts the security of foundation seepage on design water level Key words Key words primary dam water level correlation line foundation seepage seepage slope 1 基本情况 1 基本情况 1 1 工程概况 1 1 工程概况 黄壁庄水库位于河北省省会石家庄市西北 30 km 滹沱河干流上 总库容 12 1 亿 m 3 设计水位 127 6 m 正常蓄 水位 120 0 m 主坝工程于 1958 年始建 1959 年拦洪 经历了 1963 年大洪水 1968 年完成坝顶高程由 125m 扩建 到 128 7 m 主坝位于马鞍山脚下 南端自正常溢洪道左边墩起 北跨过滹沱河河床与非常溢洪道右边墩相接 主 坝全长 1843 m 最大坝高 30 7 m 为水中倒土均质坝 1 2 工程地质概况1 2 工程地质概况 主坝工程桩号由 0 156 038 1 999 076 兼跨了马鞍山残丘 一级阶地 河床 二级阶地四个地貌单元 河床右岸 0 156 0 300 为一级阶地 有 3 0m 厚的红土层 基岩为大理石千枚岩及其互层 大理岩千枚岩溶 蚀严重 桩号 0 300 1 000 为河床部分 河床高程为 100m 基岩为太古时代前震旦纪矽化灰岩与千枚岩互层及千枚岩 与大理岩互层 基岩以上为砂卵石 砂砾石及砂层 覆盖层厚 7 16m 河床左岸 1 000 1 999 范围内为二级阶地 标高为 117 125m 基岩为千枚岩 大理岩 上覆红土卵石 厚 约 5m 表层为亚砂土及亚粘土 1 3 主坝防渗措施1 3 主坝防渗措施 主坝坝体上游河床部分填筑有粘土铺盖 长 180m 厚 1 3m 与坝脚相接 坝下游坡脚筑有排水沟两道 一道 排除坝面雨水 一道排除坝基渗流 均流入下游滹沱河河河槽 河床段 0 450 0 989 下游坝脚为褥垫排水 其基 收稿日期 2003 07 29 作者简介 葛义荣 女 河北石家庄人 工程师 一直从事水利工程管理工作 础与天然地基粗砂层相接 河床右岸坝轴线下游设有部分水平排水砂垫层 左岸坝轴线下游设有排水砂带 1 4 坝基渗流观测设施布置1 4 坝基渗流观测设施布置 主坝共设置 7 个坝基渗流观测断面 分别为 0 258 0 450 0 705 0 850 1 050 1 200 1 400 共计 26 根测压管 2 主坝地下水动态分析2 主坝地下水动态分析 从主坝地下水等水位线 库水位 119 0m 可看出 主坝地下水动态与各段地基的水文地质条件关系十分密切 总的来看是上游地下水位高 下游地下水位低 两端地下水位高 中间地下水位低 但两端并不对称 各段地下水 位在本段内亦有不同的变化 见下图 河床部分 上下游地下水位差别不大 一般为 1 3m 右边地下水位高 左边地下水位低 但水位差一般不足 2m 从历年测压管水位与库水位过程线可看出 管水位变化与库水位关系密切 随库水位升降十分明显 滞后时间 仅两天左右或不足一天 且管水位的升降幅度不大 一般靠上游的测压管水位升降值不足 2 m 下游测压管水位升 降值不足 1 m 靠近排水沟的测压管在褥垫排水带内 其水位变化更小 左岸 1 000 以北的二级阶地 其地下水位与河床部分有很大差别 以 1 200 为中心 地下水位向两侧缓降 接 近河床部分陡降 如 1 200 断面的 24 管 在坝轴线上游 12 25 m 当库水位 119 2 m 管水位达 118 56 m 而河 床相同轴线上的 11 管水位仅为 101 13 m 两管水位相差 17 43 m 测压管滞后时间大多在 30 天以上 总的看来 二级阶地地下水对库水位的变化反应迟缓一些 这与其岩层透水性弱的地质条件相适应 右岸桩号 0 300 以南 坝基地下水位亦高于河床段但低于左岸 如库水位 119 0m 以上时 0 258 断面坝轴线下 游 18 9 m 的 1 管水位 较河床段相同位置的 12 管水位高 6m 左右 河床段 0 450 断面 上游距坝轴线 12 25m 的 5 测压管水位有异常变化 发现每当库水位上升到 118 0 左右时 管水位均有一次突变现象 升高 4m 左右 每次库水位产生的突变并不完全一致 突变后与库水位建立的相关关系 规律性较差 但与库水位升降速度关系很大 当库水位下降较快时 管水位随之降到原相关曲线上 库水位下降较 慢时 则管水位较缓慢的回到原相关曲线的位置 分析管水位突变的原因 可能是在 117 0m 以上坝体有裂缝 库 水位较高时 库水沿管壁渗入管内 使管水位升高 理由是 5 测压管在坝体上游护坡上 管口高程为 120 84m 管 身入坝体土面高程为 118 5 m 当库水位 118 0 m 时 坝体土已很薄 管身与土体结合不良时 渗水沿管壁渗入是 可能的 再者 当库水位下降时 管水位下降有个滞后时间 反应出的相关关系呈直线下降 然而 当库水位缓慢 下降时 则管水位就不再随库水位缓慢下降 反而又回到原来的相关关系曲线上 与 5 管同一断面上的测压管和两 侧相邻断面相同位置上的测压管均无异常现象 因此 5 管的管水位异常反应是孤立的 需进一步分析研究 3 坝基测压管水位与库水位的相关关系3 坝基测压管水位与库水位的相关关系 为了弄清库水位与坝基各断面测压管水位的相互关系 进而由实测资料推测未来高水位时坝基渗流的情况 利 用已有实测观测资料 选取有代表性的数个相对稳定的库水位情况下的相应管水位 利用微机采用数理统计的方法 将以上选取的实测数据进行回归直线计算 得出每个观测孔的库水位与管水位之间的表达式 并利用这个线性表达 式 预测 124 0 m 126 1 m 127 6 m 高库水位时各断面的管水位值 3 1 历年不同稳定库水位的选取 3 1 历年不同稳定库水位的选取 自历年内选取有代表性的数个库水位 并要求在此库水位左右稳定 5 天以上 即认为稳定在此水位 3 2 历年不同库水位情况下各测压管水位的选取3 2 历年不同库水位情况下各测压管水位的选取 依据不同稳定库水位 选取管水位 在同一断面选取同一天测得的管水位值 不考虑因轴距影响造成的滞后时 间 历年最高 最低库水位时的管水位 取其与之相对应的最高 最低管水位值 其它管水位值选取库水位上升的 情况 这样滞后时间较为一致 同时运用中采取库水位上升的过程 3 3 预测高库水位时各断面测压管水位3 3 预测高库水位时各断面测压管水位 将预测库水位值直接代入回归方程式h a b H 中 h预测测压管水位值 a常数项 b 回归系数 H 库水位 即可得出相应的预测管水位值 通过回归分析计算 相关系数在 0 01 水平上显著相关 大多在 0 80 左右 4 主坝坝基渗流稳定计算成果分析 4 主坝坝基渗流稳定计算成果分析 对于建筑在强透水地基上的土坝 由于坝体填土的渗透系数与强透水层的渗透系数相差很大 故坝基地下水为 渗流分析的主要因素 坝体可视为相对不透水部分 人工铺盖因其厚度很小且较长 仍然视为透水部分 为确定各 地段坝基的透水压力分布情况 及其对坝基和坝体的影响 渗流分析时采用实测资料分析计算 主要内容有 库水 位 118 0 m 及高于 118 0 m 和预测高库水位 124 0 m 126 1 m 127 6 m 时 各断面坝基水平渗透坡降及出逸比降 铺盖有效长度 铺盖末端入渗比降 坝基渗透流量估算等 4 1 坝基水平渗透坡降及出逸比降4 1 坝基水平渗透坡降及出逸比降 主坝河床段坝基地层特点自上而下分别为土 砂 砂砾 砂卵石层 设计坝基允许渗透坡降值为 0 1 当库水 位为 118 0 m 和超过 118 0 m 时 利用实测资料计算得出 河床段最大水平渗透坡降为 0 0312 远小于设计允许 值 预测库水位 127 6 m 的最大坝基水平坡降也仅为 0 037 满足工程安全运用要求 且除 0 850 断面出逸外 其 它断面均不出逸 最大出逸比降为 0 1765 小于临界出逸比降 因此 主坝河床段在高水位作用下 地基岩层层间 接触冲刷 流失的可能性不大 不会产生出逸变形 主坝的左右两端 坝基渗透性及入渗条件都较差 下游排泄条件也差 在实测资料计算中 坝基水平渗透比降 最大为 0 0507 比河床段平均高 0 02 0 03 即使在预测库水位 127 6 m 时 水平渗透坡降最大为 0 077 亦满足 设计要求 4 2 上游铺盖入渗比降4 2 上游铺盖入渗比降 在计算上游铺盖入渗比降时 其土层厚度仅考虑了天然土层及人工铺盖层 未计天然淤积 并依其渗透系数进 行了化引厚度计算 当库水位 118 0 和高于 118 0 m 时 坝前铺盖入渗比降均小于 3 0 预测 127 6 m 水位时 铺 盖入渗比降最大为 3 925 鉴于主坝河床坝基地层为良好的天然反滤层 具有良好的抗渗条件 预测在此入渗比降 作用下 地基不致发生破坏 但在高库水位时 应加强监测 4 3 坝基渗流量4 3 坝基渗流量 主坝主要的透水层为河床部分的砂卵石 砂砾石 故此次只对河床段坝基进行渗流量估算 从实测资料计算看 当库水位 118 0 m 或高于 118 0 m 时 坝基渗流量估算值均小于 0 19 m 3 s 在设计水位 127 6 m 时 坝基渗流量 也很小为 0 232 m 3 s 对坝基影响不大 由此可知 主坝的水平防渗铺盖虽然未进行过人工补强 但经过 40 余年 的运行 泥砂的淤积 对水平铺盖自然形成了