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黃壁莊水庫主壩壩基滲流分析

09-03 12:57:24  瀏覽次數:539次  欄目:水利水電工程
標簽:水利工程管理,水利水電論文, 黃壁莊水庫主壩壩基滲流分析,http://www.nvlbio.live

  1、基本情況

  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,經歷了1963年大洪水,1968年完成壩頂高程由125m擴建到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非常溢洪道右邊墩相接,主壩全長1843m,最大壩高30.7m,為水中倒土均質壩。

  1.2工程地質概況

  主壩工程樁號由0+156.038~1+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+156~0+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重。

  樁號0+300~1+000為河床部分,河床高程為100m,基巖為太古時代前震旦紀矽化灰巖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,覆蓋層厚7~16m.

  河床左岸,1+000~1+999范圍內為二級階地,標高為117~125m,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1~3m,與壩腳相接,壩下游坡腳筑有排水溝兩道,一道排除壩面雨水,一道排除壩基滲流,均流入下游滹沱河河河槽。河床段0+450~0+989下游壩腳為褥墊排水,其基礎與天然地基粗砂層相接,河床右岸壩軸線下游設有部分水平排水砂墊層,左岸壩軸線下游設有排水砂帶。

  1.4壩基滲流觀測設施布置

  主壩共設置7個壩基滲流觀測斷面,分別為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,主壩地下水動態與各段地基的水文地質條件關系十分密切,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,一般為1~3m,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系密切,隨庫水位升降十分明顯。滯后時間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,靠近排水溝的測壓管在褥墊排水帶內,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,地下水位向兩側緩降,接近河床部分陡降。如1+200斷面的24#管,在壩軸線上游12.25m,當庫水位119.2m,管水位達118.56m,而河床相同軸線上的11#管水位僅為101.13m,兩管水位相差17.43m.測壓管滯后時間大多在30天以上?偟目磥,二級階地地下水對庫水位的變化反應遲緩一些,這與其巖層透水性弱的地質條件相適應。

  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#測壓管水位有異常變化,發現每當庫水位上升到118.0左右時,管水位均有一次突變現象,升高4m左右,每次庫水位產生的突變并不完全一致,突變后與庫水位建立的相關關系、規律性較差,但與庫水位升降速度關系很大。當庫水位下降較快時,管水位隨之降到原相關曲線上;庫水位下降較慢時,則管水位較緩慢的回到原相關曲線的位置。分析管水位突變的原因,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,使管水位升高。理由是5#測壓管在壩體上游護坡上,管口高程為120.84m,管身入壩體土面高程為118.5m.當庫水位118.0m時,壩體土已很薄,管身與土體結合不良時,滲水沿管壁滲入是可能的;再者,當庫水位下降時,管水位下降有個滯后時間,反應出的相關關系呈直線下降,然而,當庫水位緩慢下降時,則管水位就不再隨庫水位緩慢下降,反而又回到原來的相關關系曲線上。與5#管同一斷面上的測壓管和兩側相鄰斷面相同位置上的測壓管均無異,F象,因此5#管的管水位異常反應是孤立的,需進一步分析研究。

  3、壩基測壓管水位與庫水位的相關關系

  為了弄清庫水位與壩基各斷面測壓管水位的相互關系,進而由實測資料推測未來高水位時壩基滲流的情況。利用已有實測觀測資料,選取有代表性的數個相對穩定的庫水位情況下的相應管水位,利用微機采用數理統計的方法,將以上選取的實測數據進行回歸直線計算,得出每個觀測孔的庫水位與管水位之間的表達式,并利用這個線性表達式,預測124.0m、126.1m、127.6m高庫水位時各斷面的管水位值。

  3.1歷年不同穩定庫水位的選取

  自歷年內選取有代表性的數個庫水位,并要求在此庫水位左右穩定5天以上,即認為穩定在此水位

  3.2歷年不同庫水位情況下各測壓管水位的選取

  依據不同穩定庫水位,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間,歷年最高、最低庫水位時的管水位,取其與之相對應的最高、最低管水位值,其它管水位值選取庫水位上升的情況,這樣滯后時間較為一致,同時運用中采取庫水位上升的過程。

  3.3預測高庫水位時各斷面測壓管水位

  將預測庫水位值直接代入回歸方程式h=a+b*H中,(h即可得出相應的預測管水位值,通過回歸分析計算,相關系數在α=0.01水平上顯著相關,大多在0.80左右。預測測壓管水位值;a常數項;b回歸系數;H庫水位),

  4、主壩壩基滲流穩定計算成果分析

  對于建筑在強透水地基上的土壩,由于壩體填土的滲透系數與強透水層的滲透系數相差很大,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,仍然視為透水部分。為確定各地段壩基的透水壓力分布情況,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。主要內容有:庫水位118.0m及高于118.0m和預測高庫水位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自上而下分別為土、砂、砂礫、砂卵石層,設計壩基允許滲透坡降值為0.1.當庫水位為118.0m和超過118.0m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,遠小于設計允許值。預測庫水位127.6m的最大壩基水平坡降也僅為0.037,滿足工程安全運用要求。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0.02~0.03,即使在預測庫水位127.6m時,水平滲透坡降最大為0.077,亦滿足設計要求。

  4.2上游鋪蓋入滲比降

  在計算上游鋪蓋入滲比降時,其土層厚度僅考慮了天然土層及人工鋪蓋層,未計天然淤積,并依其滲透系數進行了化引厚度計算。當庫水位118.0和高于118.0m時,壩前鋪蓋入滲比降均小于3.0,預測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天然反濾層,具有良好的抗滲條件,預測在此入滲比降作用下,地基不致發生破壞。但在高庫水位時,應加強監測。

  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進行滲流量估算。從實測資料計算看,當庫水位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進行過人工補強,但經過40余年的運行,泥砂的淤積,對水平鋪蓋自然形成了良好地補強,河床段壩基滲流量一直較穩定且趨于安全。

  由實測觀測資料計算的滲流分析各項成果得出,主壩壩基各項滲流穩定計算成果均滿足設計要求,即使在庫水位127.6m時,各項滲流計算成果亦滿足或接近設計要求。

  5、結束語

  通過對主壩壩基測壓管觀測資料分析,認為主壩工程經過多年的運行,壩基防滲性能有效;壩基滲流是穩定的且趨于安全。即使在設計水位下,壩基基巖亦不會發生沖刷、流失等破壞現象。但考慮到左端1+200處地下水位較高,需對上游水平鋪蓋進行加固補強等防滲措施。

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