黃壁莊水庫主壩壩基滲流分析

1、黃壁莊水庫主壩壩基滲流分析 1、基本狀況 1.1工程概況 黃壁莊水庫位于河北省省會石家莊市西北30km滹沱河干流上，總庫容12.1億m3，設(shè)計水位127.6m，正常蓄水位120.0m.主壩工程于1958年始建，1959年攔洪，經(jīng)受了1963年大洪水，1968年完成壩頂高程由125m擴(kuò)建到128.7m.主壩位于馬鞍山腳下，南端自正常溢洪道左邊墩起，北跨過滹沱河河床與十分溢洪道右邊墩相接，主壩全長1843m，最大壩高30.7m，為水中倒土均質(zhì)壩。 1.2工程地質(zhì)概況 主壩工程樁號由0 156.0381 999.076，兼跨了馬鞍山殘丘、一級階地、河床、二級階地四個地貌單元。 河床右岸，0 1560

2、 300為一級階地，有3.0m厚的紅土層，基巖為大理石千枚巖及其互層，大理巖千枚巖溶蝕嚴(yán)峻。 樁號0 3001 000為河床部分，河床高程為100m，基巖為太古時代前震旦紀(jì)矽化灰?guī)r與千枚巖互層及千枚巖與大理巖互層?；鶐r以上為砂卵石、砂礫石及砂層，掩蓋層厚716m. 河床左岸，1 0001 999范圍內(nèi)為二級階地，標(biāo)高為117125m，基巖為千枚巖、大理巖，上覆紅土卵石，厚約5m，表層為亞砂土及亞粘土。 1.3主壩防滲措施 主壩壩體上游河床部分填筑有粘土鋪蓋，長180m，厚13m，與壩腳相接，壩下游坡腳筑有排水溝兩道，一道排解壩面雨水，一道排解壩基滲流，均流入下游滹沱河河河槽。河床段0 4500

3、 989下游壩腳為褥墊排水，其基礎(chǔ)與自然地基粗砂層相接，河床右岸壩軸線下游設(shè)有部分水平排水砂墊層，左岸壩軸線下游設(shè)有排水砂帶。 1.4壩基滲流觀測設(shè)施布置 主壩共設(shè)置7個壩基滲流觀測斷面，分離為0 258、0 450、0 705、0 850、1 050、1 200、1 400，共計26根測壓管。 2、主壩地下水動態(tài)分析 從主壩地下水等水位線（庫水位119.0m）可看出，主壩地下水動態(tài)與各段地基的水文地質(zhì)條件關(guān)系非常親密，總的來看是上游地下水位高，下游地下水位低，兩端地下水位高，中間地下水位低，但兩端并不對稱，各段地下水位在本段內(nèi)亦有不同的變化。（見下圖） 河床部分，上下游地下水位差別不大，一般

4、為13m，右邊地下水位高，左邊地下水位低，但水位差一般不足2m，從歷年測壓管水位與庫水位過程線可看出，管水位變化與庫水位關(guān)系親密，隨庫水位升降非常顯然。滯后時光僅兩天左右或不足一天，且管水位的升降幅度不大。一般靠上游的測壓管水位升降值不足2m，下游測壓管水位升降值不足1m，逼近排水溝的測壓管在褥墊排水帶內(nèi)，其水位變化更小。 左岸1 000以北的二級階地，其地下水位與河床部分有很大差別，以1 200為中心，地下水位向兩側(cè)緩降，臨近河床部分陡降。如1 200斷面的24管，在壩軸線上游12.25m，當(dāng)庫水位119.2m，管水位達(dá)118.56m，而河床相同軸線上的11管水位僅為101.13m，兩管水位

5、相差17.43m.測壓管滯后時光大多在30天以上。總的看來，二級階地地下水對庫水位的變化反應(yīng)遲緩一些，這與其巖層透水性弱的地質(zhì)條件相適應(yīng)。 右岸樁號0 300以南，壩基地下水位亦高于河床段但低于左岸。如庫水位119.0m以上時，0 258斷面壩軸線下游18.9m的1管水位，較河床段相同位置的12管水位高6m左右。 河床段0 450斷面，上游距壩軸線12.25m的5測壓管水位有異樣變化，發(fā)覺每當(dāng)庫水位升高到118.0左右時，管水位均有一次突變現(xiàn)象，上升4m左右，每次庫水位產(chǎn)生的突變并不徹低全都，突變后與庫水位建立的相關(guān)關(guān)系、邏輯性較差，但與庫水位升降速度關(guān)系很大。當(dāng)庫水位下降較快時，管水位隨之降

6、到原相關(guān)曲線上；庫水位下降較慢時，則管水位較緩慢的回到原相關(guān)曲線的位置。分析管水位突變的緣由，可能是在117.0m以上壩體有裂縫，庫水位較高時，庫水沿管壁滲入管內(nèi)，使管水位上升。理由是5測壓管在壩體上游護(hù)坡上，管口高程為120.84m，管身入壩體土面高程為118.5m.當(dāng)庫水位118.0m時，壩體土已很薄，管身與土體結(jié)合不良時，滲水沿管壁滲入是可能的；再者，當(dāng)庫水位下降時，管水位下降有個滯后時光，反應(yīng)出的相關(guān)關(guān)系呈直線下降，然而，當(dāng)庫水位緩慢下降時，則管水位就不再隨庫水位緩慢下降，反而又回到本來的相關(guān)關(guān)系曲線上。與5管同一斷面上的測壓管和兩側(cè)相鄰斷面相同位置上的測壓管均無異樣現(xiàn)象，因此5管的管

7、水位異樣反應(yīng)是孤立的，需進(jìn)一步分析研究。 3、壩基測壓管水位與庫水位的相關(guān)關(guān)系 為了弄清庫水位與壩基各斷面測壓管水位的互相關(guān)系，進(jìn)而由實測資料推想將來高水位時壩基滲流的狀況。利用已有實測觀測資料，選取有代表性的數(shù)個相對穩(wěn)定的庫水位狀況下的相應(yīng)管水位，利用微機(jī)采用數(shù)理統(tǒng)計的方法，將以上選取的實測數(shù)據(jù)舉行回歸直線計算，得出每個觀測孔的庫水位與管水位之間的表達(dá)式，并利用這個線性表達(dá)式，預(yù)報124.0m、126.1m、127.6m高庫水位時各斷面的管水位值。 3.1歷年不同穩(wěn)定庫水位的選取 自歷年內(nèi)選取有代表性的數(shù)個庫水位，并要求在此庫水位左右穩(wěn)定5天以上，即認(rèn)為穩(wěn)定在此水位 3.2歷年不同庫水位狀況

8、下各測壓管水位的選取 依據(jù)不同穩(wěn)定庫水位，選取管水位，在同一斷面選取同一天測得的管水位值，不考慮因軸距影響造成的滯后時光，歷年最高、最低庫水位時的管水位，取其與之相對應(yīng)的最高、最低管水位值，其它管水位值選取庫水位升高的狀況，這樣滯后時光較為全都，同時運(yùn)用中實行庫水位升高的過程。 3.3預(yù)報高庫水位時各斷面測壓管水位 將預(yù)報庫水位值直接代入回歸方程式h=a b*H中，（h即可得出相應(yīng)的預(yù)報管水位值，通過回歸分析計算，相關(guān)系數(shù)在=0.01水平上顯著相關(guān)，大多在0.80左右。預(yù)報測壓管水位值；a常數(shù)項；b回歸系數(shù)；H庫水位）， 4、主壩壩基滲流穩(wěn)定計算成績分析 對于建造在強(qiáng)透水地基上的土壩，因為壩體

9、填土的滲透系數(shù)與強(qiáng)透水層的滲透系數(shù)相差很大，故壩基地下水為滲流分析的主要因素，壩體可視為相對不透水部分，人工鋪蓋因其厚度很小且較長，仍舊視為透水部分。為決定各地段壩基的透水壓力分布狀況，及其對壩基和壩體的影響，滲流分析時采用實測資料分析計算。主要內(nèi)容有：庫水位118.0m及高于118.0m和預(yù)報高庫水位124.0m、126.1m、127.6m時，各斷面壩基水平滲透坡降及出逸比降、鋪蓋有效長度、鋪蓋末端入滲比降、壩基滲透流量估算等。 4.1壩基水平滲透坡降及出逸比降 主壩河床段壩基地層特點(diǎn)自上而下分離為土、砂、砂礫、砂卵石層，設(shè)計壩基允許滲透坡降值為0.1.當(dāng)庫水位為118.0m和超過118.0

10、m時，利用實測資料計算得出，河床段最大水平滲透坡降為0.0312，遠(yuǎn)小于設(shè)計允許值。預(yù)報庫水位127.6m的最大壩基水平坡降也僅為0.037，滿意工程平安運(yùn)用要求。且除0 850斷面出逸外，其它斷面均不出逸，最大出逸比降為0.1765，小于臨界出逸比降。因此，主壩河床段在高水位作用下，地基巖層層間接觸沖刷、流失的可能性不大，不會產(chǎn)生出逸變形。 主壩的左右兩端，壩基滲透性及入滲條件都較差，下游排泄條件也差。在實測資料計算中，壩基水平滲透比降最大為0.0507，比河床段平均高0.020.03，即使在預(yù)報庫水位127.6m時，水平滲透坡降最大為0.077，亦滿意設(shè)計要求。 4.2上游鋪蓋入滲比降 在

11、計算上游鋪蓋入滲比降時，其土層厚度僅考慮了自然土層及人工鋪蓋層，未計自然淤積，并依其滲透系數(shù)舉行了化引厚度計算。當(dāng)庫水位118.0和高于118.0m時，壩前鋪蓋入滲比降均小于3.0，預(yù)報127.6m水位時，鋪蓋入滲比降最大為3.925.鑒于主壩河床壩基地層為良好的自然反濾層，具有良好的抗?jié)B條件，預(yù)報在此入滲比降作用下，地基不致發(fā)生破壞。但在高庫水位時，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。 4.3壩基滲流量 主壩主要的透水層為河床部分的砂卵石、砂礫石，故此次只對河床段壩基舉行滲流量估算。從實測資料計算看，當(dāng)庫水位118.0m或高于118.0m時，壩基滲流量估算值均小于0.19m3/s，在設(shè)計水位127.6m時，壩基滲流量也很小為0.232m3/s，對壩基影響不大。由此可知，主壩的水平防滲鋪蓋雖然未舉行過人工補(bǔ)強(qiáng)，但經(jīng)過40余年的運(yùn)行，泥砂的淤積，對水平鋪蓋自然形成了良好地補(bǔ)強(qiáng)，河床段壩基滲流量始終較穩(wěn)定且趨于平安。 由實測觀測資料計算的滲流分析各項成績得出，主壩壩基各項滲流穩(wěn)定計算成績均滿