東升水庫大壩滲流計算及穩定分析
工程技術
作者：楊康
【摘要】土石壩滲流與穩定是土石壩設計中的關鍵環節，本文通過對東升水庫大壩不同工況進行滲流計算和壩坡抗滑穩定計算，為水庫的除險加固工程處理提供了科學依據。
【關鍵詞】病險水庫；大壩；滲流；穩定分析；東升水庫
1、工程概況
東升水庫是一座以防洪、灌溉為主的小⑴型水庫。控製流域麵積5.1km2，設計灌溉麵積1萬畝。原設計防洪標準為：100年一遇設計，300年一遇校核。設計總庫容155萬m3。
東升水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管及放水涵洞、提水工程四部分組成。大壩為均質土壩，最大壩高35m，壩頂長110m，壩頂寬7m，采用粘土截槽防滲。壩坡為草皮護坡。溢洪道位於大壩左側，進口采用豎井式，末端消能采用陡坡式。大壩放水建築物由臥管和放水涵洞組成，臥管布置於大壩右側上遊岸坡，縱坡1：2，坡長41.59m。涵洞最低一級高程為10.0m。揚水站位於庫區右側，由於水庫蓄水量銳減，已棄用多年。
2、工程地質
2.1壩體工程地質
壩體土由低液限粉土組成，天然含水量10.7～24.0%，天然孔隙比0.634～0.848，幹重度14.6～16.5KN/m3，慢剪內摩擦角17.1～25.0°，慢剪粘聚力12.0～15.2kPa，粘粒含量11.3～21.3%，不均勻係數20.0～4.5，滲透係數為3.10×10-6cm/s～1.63×10-4cm/s，壓縮係數0.11～1.69Mpa-1，壓縮模量1.02～16.30Mpa。
2.2壩基工程地質
據本次勘察，壩基岩性可分為三層。第③層低液限粉土（Q4al）：在26.50～27.0m夾粉土質礫，成分以石英、長石為主，次磨圓狀，含零星卵石，可見粒徑最大15cm左右。該層厚度2.50～7.20m。天然含水量17.3～21.6%，天然孔隙比0.635～0.699，幹重度16.5～15.9KN/m3，壓縮係數0.11～0.28Mpa-1，壓縮模量為5.84～15.32MPa，滲透係數5.80×10-5～2.10×10-5cm/s。第④層含細粒土礫（Q2al）：褐黃色，稍濕，密實，成份以石英、長石為主，磨圓度差，分選好。該層厚度2.00～3.00m。第⑤層低液限粉土（Q2al）：褐黃色，稍濕～濕，密實，含較多鈣核及零星碎石，本層未見底。已揭露最大厚度2.00m。允許水力坡降為0.50。
3、大壩滲流計算
1）計算工況。考慮如下兩種工況：①上遊正常蓄水位與下遊相應最低水位；②校核洪水位34.16m驟降到正常蓄水位31.0m上遊壩坡穩定。2）計算方法。滲流計算方法采用有限元法。3）滲流計算斷麵選用壩體最高斷麵，樁號0+050。4）計算參數見表2。5）大壩滲流穩定計算。
6）壩體滲漏流量。假設壩基不透水，按下式計算壩身滲流量：
Q=qL q=1
計算所得壩體滲漏量為1.383/d。
7）壩基滲漏流量。根據壩基地質結構，將壩基簡化為單層透水層，根據《水利水電工程地質手冊》相關公式，可以計算出，正常蓄水位時壩基滲漏量1.51m3/d，年滲漏量為551m3/年。
4、大壩穩定計算
1）計算工況。①正常蓄水位31.0m時上、下遊壩坡穩定；②校核洪水位降至正常蓄水位時上遊壩坡穩定。③正常蓄水位31.0m+地震時上、下遊壩坡穩定。
2）大壩穩定計算參數詳見表2。
3）計算公式與計算斷麵。壩坡抗滑穩定計算，計算方法為簡化畢肖普法。最大斷麵0+050。
4）現狀大壩穩定計算結果，大壩計算結果詳見表3。從計算結果可知，在正常運用與非常運用條件下，大壩上遊壩坡穩定安全係數滿足大壩規範要求，但在正常運用條件下，大壩下遊壩坡的滑穩定不滿足規範要求。
東升水庫大壩壩體、壩基滲透均穩定。各種計算工況上遊壩坡均滿足規範要求。正常蓄水位及正常蓄水位+Ⅶ度地震兩種計算工況下遊壩坡安全穩定係數均小於規範要求值，判定下遊壩坡不穩定。依據計算結果，對大壩需進行加固處理。
5、結論
通過對東升水庫不同工況的下的滲漏及穩定進行計算分析，可以有效地解決芮城升水庫大壩的滲漏問題，同時也對東升水庫的除險加固提出了設計依據及合理的方案。
作者簡介
楊康（1985.9—），男，2005年7月畢業於山西水利職業技術學院水利工程建築專業，助理工程師.