十里河水库大坝稳定分析

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1、十里河水库大坝稳定分析刘瑞杰（水利部山西水利水电勘测设计研究院，太原　030024）摘要：十里河水库是海河流域桑干河支流十里河上的控制性工程，水库的安危直接关系到左云县城和下游人民群众生命以及工矿企业的安全。文中对大坝的渗流与坝坡稳定分别进行了计算。分析认为，十里河水库主坝渗流存在安全隐患。关键词：坝体渗流；边坡稳定；坝体安全中图分类号：TV222文献标识码：B1.水库工程概况十里河水库位于山西省左云县境内，海河流域桑干河支流十里河上。枢纽位于十里河上游山西省左云县城西南1km处的十里河和二边河会合处，水库坝址以上控制流域面积127km2，总库容1060万m3，是一座担负着防洪、城市供水、灌溉

2、等综合利用任务的中型水库。水库位置十分重要，其安危直接关系到左云县城和下游人民群众生命以及工矿企业的安全。十里河水库枢纽工程由大坝、冲沙泄洪洞和灌溉输水洞等建筑物组成。大坝为均质土坝，长1230m，坝顶高程1325.9m，宽4m。大坝由主坝和副坝组成，主坝长330m，最大坝高16m；副坝长900m，最大坝高10.6m。上游坝坡1:2.75，为干砌石护坡，下游为碎石护坡，马道以上坝坡1:2.25，马道以下坝坡1:2.5。主坝坝基在坝轴线上游18.2m处筑黏土截水槽，坡脚设干砌石贴坡反滤。副坝坝基设有高喷混凝土防渗墙。冲沙泄洪洞位于主坝左端桩号0+073m，原设计泄量240m3/s，为2孔无压涵洞

3、，长51m，进口高程1310.9m，出口高程1309.9m，断面为城门洞型，底宽3.2m，高4.5m，为浆砌石结构，内衬0.4m混凝土。进口设进水塔，内设两道平板钢门，洞出口采用消力池底流消能。灌溉输水洞位于坝轴桩号0+346.5m，为无压城门型涵洞，高2m，底宽1.6m，进口高程1311.9m，出口高程1310.9m，洞长62m，原设计泄量10m3/s。水库保护范围为左云县城1.8万人及沿河云兴镇、张家场乡、鹊儿山镇部分村庄1.3万人，共计3.1万人，0.153万hm2耕地、4座桥梁，特大型煤矿（燕子山煤矿）1座，县营煤矿（鹊儿山煤矿）1座，109国道和旧高山煤站专用铁路。主要建筑物级别为3

4、级，次要建筑物级别为4级。2.大坝渗流稳定分析大坝主河槽坝段渗透稳定较为不利，且主坝断面为最大坝高断面。计算断面选用主河床最大坝高16m处为计算断面，桩号0+100。2.1计算方法及允许渗透坡降选取渗流计算采用北京理正软件设计研究所编制的《渗流计算分析软件》进行计算，计算方法为有限元法。根据地质资料，大坝坝体土允许水力比降［J］=0.153。截水槽底部和岩基接触面之间的允许渗透坡降查《碾压土石坝规范》（SL274—2001）［J］=3～5。2.2计算工况及参数选择1.渗流计算工况根据水库运行情况和碾压土石坝规范（SL274—2001）选择计算工况如下：（1）死水位稳定渗流期；（2）正常蓄水位稳

5、定渗流期；（3）设计洪水位稳定渗流期；2.坝体、坝基各土层渗透系数坝体、坝基各土层渗透系数采用地质勘探的试验成果　见表1。表1坝体、坝基土料渗透系数表土料渗透系数／(m/d)KxKy坝体土0.57890.0708坝基卵石混合土1515黏土截水槽0.00260.0026坝前淤泥层0.06050.06052.3计算结果分析由渗流计算结果可得各种工况水位下的坝体与坝基的出逸坡降及渗流量，计算结果见表2。表2主坝出逸坡降及渗流量计算结果表工况出逸坡降渗流量/［m3(d·m）］死水位1318.2m0.031.29正常蓄水位1322.4m0.062.26设计洪水位1322.9m0.062.38从各工况水位

6、浸润线图中可以看出，坝体浸润线均未在下游坝坡逸出，浸润线趋势符合一般规律。从表2中可以看出，主坝段最大出逸坡降0.06，小于允许渗透比降0.15，所以在坝下游渗流出逸处不会发生渗透变形。主坝段黏土截水槽内部最大渗透坡降达到5.5，平均渗透坡降3.6，超过规范［J］=3的要求，而且黏土截水槽与强透水的卵石混合土接触面没有设置反滤层，可能发生渗透破坏，形成漏水通道，危及大坝安全。根据计算结果绘制正常蓄水位下浸润线和等势线图如图1。图1主坝段正常水位浸润线图（0+100）3.大坝坝坡稳定分析3.1坝坡稳定计算工况选择根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001），结合十里河水库的运用情况，由于

7、校核洪水位历时较短，不能形成稳定渗流，所以大坝坝坡稳定分析根据规范要求主要考虑以下工况：正常运用情况：（1）死水位稳定渗流期上游坝坡稳定。对均质坝而言，上游坝坡稳定最不利水位约为坝高的1/3，由于十里河水库大坝较低，1/3坝高水位低于死水位，在实际运行中是不可能发生的，故计算死水位稳定渗流期的上游坝坡稳定；（2）正常蓄水位稳定渗流期的下游坝坡稳定；（3）设计洪水位稳定渗流期的下游坝坡稳定；（4）水