十里河水庫(kù)大壩穩(wěn)定分析

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1、十里河水庫(kù)大壩穩(wěn)定分析劉瑞杰（水利部山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，太原　030024）摘要：十里河水庫(kù)是海河流域桑干河支流十里河上的控制性工程，水庫(kù)的安危直接關(guān)系到左云縣城和下游人民群眾生命以及工礦企業(yè)的安全。文中對(duì)大壩的滲流與壩坡穩(wěn)定分別進(jìn)行了計(jì)算。分析認(rèn)為，十里河水庫(kù)主壩滲流存在安全隱患。關(guān)鍵詞：壩體滲流；邊坡穩(wěn)定；壩體安全中圖分類(lèi)號(hào)：TV222文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1.水庫(kù)工程概況十里河水庫(kù)位于山西省左云縣境內(nèi)，海河流域桑干河支流十里河上。樞紐位于十里河上游山西省左云縣城西南1km處的十里河和二邊河會(huì)合處，水庫(kù)壩址以上控制流域面積127km2，總庫(kù)容1060萬(wàn)m3，是一座擔(dān)負(fù)著防洪、城市供水、灌溉

2、等綜合利用任務(wù)的中型水庫(kù)。水庫(kù)位置十分重要，其安危直接關(guān)系到左云縣城和下游人民群眾生命以及工礦企業(yè)的安全。十里河水庫(kù)樞紐工程由大壩、沖沙泄洪洞和灌溉輸水洞等建筑物組成。大壩為均質(zhì)土壩，長(zhǎng)1230m，壩頂高程1325.9m，寬4m。大壩由主壩和副壩組成，主壩長(zhǎng)330m，最大壩高16m；副壩長(zhǎng)900m，最大壩高10.6m。上游壩坡1:2.75，為干砌石護(hù)坡，下游為碎石護(hù)坡，馬道以上壩坡1:2.25，馬道以下壩坡1:2.5。主壩壩基在壩軸線(xiàn)上游18.2m處筑黏土截水槽，坡腳設(shè)干砌石貼坡反濾。副壩壩基設(shè)有高噴混凝土防滲墻。沖沙泄洪洞位于主壩左端樁號(hào)0+073m，原設(shè)計(jì)泄量240m3/s，為2孔無(wú)壓涵洞

3、，長(zhǎng)51m，進(jìn)口高程1310.9m，出口高程1309.9m，斷面為城門(mén)洞型，底寬3.2m，高4.5m，為漿砌石結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯0.4m混凝土。進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，內(nèi)設(shè)兩道平板鋼門(mén)，洞出口采用消力池底流消能。灌溉輸水洞位于壩軸樁號(hào)0+346.5m，為無(wú)壓城門(mén)型涵洞，高2m，底寬1.6m，進(jìn)口高程1311.9m，出口高程1310.9m，洞長(zhǎng)62m，原設(shè)計(jì)泄量10m3/s。水庫(kù)保護(hù)范圍為左云縣城1.8萬(wàn)人及沿河云興鎮(zhèn)、張家場(chǎng)鄉(xiāng)、鵲兒山鎮(zhèn)部分村莊1.3萬(wàn)人，共計(jì)3.1萬(wàn)人，0.153萬(wàn)hm2耕地、4座橋梁，特大型煤礦（燕子山煤礦）1座，縣營(yíng)煤礦（鵲兒山煤礦）1座，109國(guó)道和舊高山煤站專(zhuān)用鐵路。主要建筑物級(jí)別為3

4、級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)。2.大壩滲流穩(wěn)定分析大壩主河槽壩段滲透穩(wěn)定較為不利，且主壩斷面為最大壩高斷面。計(jì)算斷面選用主河床最大壩高16m處為計(jì)算斷面，樁號(hào)0+100。2.1計(jì)算方法及允許滲透坡降選取滲流計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的《滲流計(jì)算分析軟件》進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法為有限元法。根據(jù)地質(zhì)資料，大壩壩體土允許水力比降［J］=0.153。截水槽底部和巖基接觸面之間的允許滲透坡降查《碾壓土石壩規(guī)范》（SL274—2001）［J］=3～5。2.2計(jì)算工況及參數(shù)選擇1.滲流計(jì)算工況根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行情況和碾壓土石壩規(guī)范（SL274—2001）選擇計(jì)算工況如下：（1）死水位穩(wěn)定滲流期；（2）正常蓄水位穩(wěn)

5、定滲流期；（3）設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期；2.壩體、壩基各土層滲透系數(shù)壩體、壩基各土層滲透系數(shù)采用地質(zhì)勘探的試驗(yàn)成果　見(jiàn)表1。表1壩體、壩基土料滲透系數(shù)表土料滲透系數(shù)／(m/d)KxKy壩體土0.57890.0708壩基卵石混合土1515黏土截水槽0.00260.0026壩前淤泥層0.06050.06052.3計(jì)算結(jié)果分析由滲流計(jì)算結(jié)果可得各種工況水位下的壩體與壩基的出逸坡降及滲流量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。表2主壩出逸坡降及滲流量計(jì)算結(jié)果表工況出逸坡降滲流量/［m3(d·m）］死水位1318.2m0.031.29正常蓄水位1322.4m0.062.26設(shè)計(jì)洪水位1322.9m0.062.38從各工況水位

6、浸潤(rùn)線(xiàn)圖中可以看出，壩體浸潤(rùn)線(xiàn)均未在下游壩坡逸出，浸潤(rùn)線(xiàn)趨勢(shì)符合一般規(guī)律。從表2中可以看出，主壩段最大出逸坡降0.06，小于允許滲透比降0.15，所以在壩下游滲流出逸處不會(huì)發(fā)生滲透變形。主壩段黏土截水槽內(nèi)部最大滲透坡降達(dá)到5.5，平均滲透坡降3.6，超過(guò)規(guī)范［J］=3的要求，而且黏土截水槽與強(qiáng)透水的卵石混合土接觸面沒(méi)有設(shè)置反濾層，可能發(fā)生滲透破壞，形成漏水通道，危及大壩安全。根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制正常蓄水位下浸潤(rùn)線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)圖如圖1。圖1主壩段正常水位浸潤(rùn)線(xiàn)圖（0+100）3.大壩壩坡穩(wěn)定分析3.1壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況選擇根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001），結(jié)合十里河水庫(kù)的運(yùn)用情況，由于

7、校核洪水位歷時(shí)較短，不能形成穩(wěn)定滲流，所以大壩壩坡穩(wěn)定分析根據(jù)規(guī)范要求主要考慮以下工況：正常運(yùn)用情況：（1）死水位穩(wěn)定滲流期上游壩坡穩(wěn)定。對(duì)均質(zhì)壩而言，上游壩坡穩(wěn)定最不利水位約為壩高的1/3，由于十里河水庫(kù)大壩較低，1/3壩高水位低于死水位，在實(shí)際運(yùn)行中是不可能發(fā)生的，故計(jì)算死水位穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定；（2）正常蓄水位穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定；（3）設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定；（4）水