第１１期 ２０１４年ｎ月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰ０ＷＥＲ Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．２０１４ 竹仙洞水库大坝渗流安全分析 张 鹏 （广东省水利水电科学研究院，广东广州 ５１０６３５） 摘要：根据竹仙洞水库的实际情况，通过渗流观测资料分析和渗流有限元计算分析，全面评价竹仙洞水库大坝的渗流 安全状况。结果表明：竹仙洞水库灌浆防渗效果较好，坝体的计算浸润线较低，不会产生渗流出逸；在正常水位形成稳 定渗流的情况下，渗流出渗坡降小于允许渗流坡降，且土坝后面接反滤排水棱体，浸润线均进入反滤体内，出口渗流是 安全的。 关键词：渗流；灌浆；安全评价；有限元法 中图分类号：ＴＶ６９８．１ ２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８一叭１２（２０１４）０１１—００４３—０３ １工程概况 劈裂灌浆采用孔底注浆，全孔灌浆法，使浆液从 底部逐步向上发展，经过反复劈裂一回弹的过程，逐 竹仙洞水库位于珠海市香洲区湾仔镇北山村的加 林山麓，毗邻澳门，库区地势呈西南高、东北低的丘 陵山地，库区集雨面积２．８１３ ｋｍ。，正常蓄水位为 １９．２５ ｍ，设计洪水位２２．１７ ｍ，校核洪水位为２３．Ｏ１ ｍ， 步形成一条从下到上、连续的防渗帷幕墙。 ３渗流观测资料 大坝测压管共布置四排，排距１１５ ｍ，每排布孔 四个，四个孔的位置：上游坝坡距防浪墙１ ｍ处为１ 孑Ｌ，再往下游方向９．５ ｍ处为２ 孔，２ 孔与３ 孔相距 ９．５ Ｉｎ，３ 孑Ｌ与４ 孑Ｌ相距１２ ｍ。 总库容２８１万ｍ 。该水库建于１９５９年３月，是以供 水为主的小（１）型水库，对珠海市区及澳门供应原水。 大坝为均质土坝，最大坝高１６．３５ｍ，坝顶长５７０ ｍ， 坝顶宽６．０ ｍ。 整理测压管和库水位观测资料，测压管水位与库 水关系过程线（见图１）。 分析测验管实测水位过程线，从２００３年７月开 ２大坝渗流安全现状 在正常蓄水位下，下游坡曾出现渗水、湿润和牛 皮胀等异常，并且出现集中渗水现象，部分反滤体有 粘土粒排出。 始，大坝浸润线随库水位的变化而变化，且越靠近下 游，测压管实测值变化幅度越小，符合土坝浸润线的 变化规律，浸润线与库水位相关性良好。 从大坝渗漏量观测资料分析，加固前的２０００年、 ２００１年，水库年平均水位分别为ｌ８．２３ ｍ、１８．４４ ｍ， 年平均渗漏量为１８．７４ ｍ ／ｈ、１７．８４ ｍ ／ｈ；加固后的 ２００５年、２００６年，水库年平均水位分别为１８．７１ ｍ、 对土坝进行灌浆防渗加固。土坝灌浆加固长度为 ５６８．５ ｍ，河床段灌浆孔距为２．５ ｍ；左右坝肩结合处 灌浆孔距为４．０ ｍ。灌浆造孔深度至残积土层１．０～ ２．０ ｍ。 灌浆材料采用粘土水泥浆，坝体水泥用量为干料 量的１０％，粘土应用含少量砾的粘土或粉质粘土，其 颗粒组成见表１。 表１灌浆材料颗粒组成 巫 丝 ＜５ ｌ９．７４ ｍ，年平均渗漏量为９．７８ ｍ ／ｈ、９．３１ ｍ ／ｈ。说 明整体加固后，特别是灌浆防渗处理后，渗漏量明显 减小。从２００７年３月开始，渗漏量录得数据基本稳定 丝 ２０～３Ｏ ４Ｏ～５Ｏ 丝 ２Ｏ～３Ｏ 灌浆压力根据不同孔深确定，见表２。 表２灌浆压力控制 在１５．９４ ｍ ／ｈ，而不随库水位变化，应为测量设备损 坏或者量测方法有误造成，应检查设备和方法。 显 灌浆压力／ＭＰａ ！ ０．１５ 二＝＝ ＝ ０．３５ ０．１５～０．２０ ０．２～０．３ 收稿日期：２０１４—１０—２３：修回日期：２０１４一ｌ１—０４ 作者简介：张鹏（１９８３），男，硕士，工程师，从事水利水电工程设计及咨询工作。 ・４３・ ２０１４年１１月 第１ｌ期 张鹏：竹仙洞水库大坝渗流安全分析 Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２０１４ 图１ 实测测压管水位过程线 ４渗流有限元计算分析 采用“理正渗流分析软件一渗流问题有限元分析” 各土层渗透系数根据地质勘察资料选取，理正软 软件进行大坝渗流有限元分析，选取大坝０＋２４０断面 为计算断面，计算工况见表３。 表３竹仙洞水库大坝渗流计算工况 应用条件 工况 上游水位／ｍ下游水位／ｍ 件渗流计算土层渗透系数分水平和垂直渗透系数，水 平渗透系数采用现场注水试验成果，垂直渗透系数采 用地质勘察资料值，见表４。 表４土坝剖面渗透系数 土层或部位 填筑土 坡残积土 冲积土 各工况下土坝浸润线及坝体渗漏量计算结果见 表５。 表５土坝浸润线及坝体渗漏量计算结果 正常蓄水位工况，坝体计算渗流量为１０．１３ ｍ ／ｈ， 加固前年平均渗漏量为１８．７４ ｍ ／ｈ，加固后年平均渗 漏量为９．７８ ｍ。／ｈ。计算渗流量与加固后年平均渗漏 量比较接近，比加固前年平均渗漏量少。渗流计算成 结果表明计算浸润线基本符合实测数据，计算和实测 对比如表６和图２所示。 表６土坝实测与计算浸润线对比 果与实测成果比较接近，说明计算成果合理。 采用土坝测压管实测值进行浸润线计算对比验证， ・４４・ ２０１４年１１月第１１期 广东水利水电 Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．２０１４ 由表６知，计算浸润线比实测的高，由于计算采 用设计洪水位比实测的库水位高，因此浸润线略高， 实测与计算浸润线数值除测管２相差较大外其余相差 不大，说明计算结果合理，灌浆防渗效果良好。 图２库水位２１．２８ ｍ实测浸润线与计算对比示意 参考文献： 从图１可知，土坝劈裂灌浆形成防渗墙显著降低 浸润线，反映土坝防渗灌浆防渗效果良好。从渗流量 看，正常蓄水位１９．２５ ｍ～校核洪水位２２．９４ ｍ，单 ［１］ 广东省水利水电科学研究院．竹仙洞水库大坝安全鉴定 报告［Ｒ］．广州：广东省水利水电科学研究院，２０１２． ［２］顾慰慈．渗流计算原理及应用［Ｍ］．北京：中国建材工 业出版社，２０００． 宽渗流量变化范围为０．７０４～１．０９７ ｍ ／（ｄ・ｍ），比 防渗灌浆前平均渗流量１８．７４ ｍ ／ｈ有所减小，可见主 坝灌浆之后渗漏损失减小。 ５结论 ［３］ 毛昶熙，段祥宝，李祖贻．渗流数值计算与程序应用 ［Ｍ］．南京：河海大学出版社，１９９９． ［４］朱伯芳．有限单元法原理与应用［Ｍ］．北京：中国水利 水电出版社，１９９８． 渗流观测资料分析和大坝渗流有限元计算结果表 明，竹仙洞水库灌浆防渗效果较好，坝体的计算浸润 线较低，不会产生渗流出逸；在正常水位形成稳定渗 流的情况下，渗流出渗坡降小于允许渗流坡降，且土 坝后面接反滤排水棱体，浸润线均进入反滤体内，出 口渗流是安全的。 ［５］ 珠海市水利勘测设计院．珠海市竹仙洞水库土坝灌浆工 程设计文件［Ｒ］．珠海：珠海市水利勘测设计院，２００２． ［６］ 王瑞兰．铜锣湾水库主坝加固渗流稳定性分析［Ｊ］．广东 水利水电，２０１１（６）：６２—６４． （本文责任编辑马克俊） Ｓａｆｅｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｄａｍ Ｓｅｅｐａｇｅ ｉｎ Ｚｈｕｘｉａｎｄｏｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，ＧｕａｎｇＺｈｏｕ ５１０６３５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｈｕｘｉａｎｄｏｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｉｆｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ Ｚｈｕｘｉａｎｄｏｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｄａｍ ｓｅｅｐａｇｅ ｓａｆｅｔｙ ｉｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ： Ｚｈｕｘｉａｎｄｏｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｗｅｌｌ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｓ ｌｏｗ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｅｘｉｔ；ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅａｄｙ ｆｌｏｗ ｉｎ ｎｏｒｍａｌ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｓｅｅｐａｇｅ ｆｌｏｗ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｍ ｉｓ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｍ ｄｒａｉｎａｇｅ ｂｏｄｙ．Ｔｈｅ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｇｏｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ ｂｏｄｙ ｌｉｎｅ，ＳＯ ｔｈｅ ｅｘｐｏｒｔ ｓｅｅｐａｇｅ ｉｓ ｓａｆｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｅｐａｇｅ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ・４５・