恰甫其海水库粘土心墙坝渗流分析

恰甫其海水库粘土心墙坝渗流分析

0监测项目组成新疆海水库是一座粘土墙水库。最大水库高108m，最大水库长度182m，最大水库宽度12m，最大水库高度1:2.5m，下游综合水库高度1:2.33，总建筑面积9。本工程设有变形、渗流、土压力等监测项目,安装埋设了渗压计、土压力计、体应变计、沉降管(磁环144个)、测斜管、测压管、库水温度计等监测仪器共317支(套),除表面变形监测使用全站仪和电子水准仪外,包括电磁沉降管和测斜等监测项目都已实现自动化监测。由于心墙土料为风积黄土,抗冲蚀能力低,并且坝址处于强震区,因此,大坝重点监测项目为变形(沉降)和渗流。本文对大坝施工期及蓄水初期的沉降变形规律和渗流情况进行了初步分析。1通过监测水库沉降1.1心墙竖向位移1)大坝的主监测断面(0+175断面):该断面共埋设了4个(点位的)沉降管CH1～CH4,用于监测心墙及坝壳料的竖向位移。CH1的坝轴距为轴线上游3m,用于监测该断面的心墙沉降;CH2～CH4的坝轴距分别为轴线上游67m,117m,一55.5m,用于监测该断面坝壳料的沉降。2)大坝的其他断面:0+060,0+123.5,0+223,0+270断面各埋设了1个(点位的)沉降管,编号分别为CH8.CH6,CH5,CH7,用于监测心墙的竖向位移,测点的坝轴距均为轴线上游3m。施工期监测成果表明,粘土心墙最大沉降量发生在筑坝高度的1/2～1/3左右,并随着筑坝高度的增加,最大沉降量的位置逐步上移。这一规律说明,当某层面位置上的填土达到一定高度时,该层面以下的土层被进一步压实而逐渐趋于稳定。心墙的最大沉降量发生在0+175及0+123.5断面,施工期心墙单点最大沉降量为422mm,占坝高的0.40%,最大累积沉降量为1036mm,占坝高的0.96%。同类型的新疆635工程心墙最大累积沉降量占坝高的1.06%。图1所示为心墙、坝壳料的最大沉降量过程线。由图1可看出,蓄水期大坝心墙沉降量增加很少,说明蓄水对大坝心墙沉降量影响不大。到2006年7月中旬,心墙0+060～0+270断面之间,其单点最大沉降量为455mm,占坝高的0.42%;最大累积沉降量为1053mm,占坝高的0.98%;蓄水1年后,最大沉降量增加了33mm,占坝高的0.031%。说明由于施工碾压机械压实功能的增强,使心墙土体的固结沉降在施工期已基本完成,本工程施工质量较好(而635工程蓄水1年后,心墙最大累积沉降量增加了236mm,占坝高的0.32%),0+175与0+123断面的倾度为0.01%～0.18%,远小于1%,说明心墙沉降比较小而且均匀。1.2最大多点沉降量施工期坝壳料最大沉降量发生在0+175断面的CH4,该处最大填筑高度82.0m,最大单点沉降量为212mm,占坝高的0.258%,最大累积沉降量为361mm,占坝高的0.44%。该断面CH2、CH3点处的最大单点沉降量分别为121mm和94mm。由此表明,坝壳料的沉降量小于粘土心墙的沉降量。CH4位于心墙上游,沉降量相对偏大与长期浸泡有关。蓄水期,坝壳料沉降量变化不大。2006年7月初,坝壳料CH2、CH3点处的最大单点沉降量分别为139mm和115mm,分别增加了18mm和21mm(CH4蓄水后被水淹没)。从2005年6月25日蓄水开始至2006年7月初,坝壳料沉降量增加了18mm～21mm,占坝高的0.01%～0.02%,说明坝壳料碾压较密实,施工质量较好。2主监测断面的渗流规律2005年6月底,水库开始蓄水,到12月中旬达到本次蓄水的最高水位989.7m高程。2006年3月初,库水位降至980.0m高程,到5月初库水位又上升到989.4m高程左右。0+175,0+123,0+223等3个主监测断面的渗流规律基本相同。帷幕前钻孔埋设的渗压计的渗透水位与库水位接近;帷幕后钻孔埋设的渗压计的渗透水位比库水位低30m～50m;在心墙的935.0m～945.0m高程埋设的渗压计,上游侧的渗透水位都已开始上升,下游侧的渗压计的测值没有变化,说明在此高程范围内3个断面目前都没有形成浸润线;坝壳料基础面埋设的渗压计的渗透水位上升到915.0m高程后就都不再上升。2.10其他渗压计和坝体排水高程0+175断面监测仪器布置如图2所示,其中渗压计渗透水位过程线如图3所示。由图3可看出,帷幕前钻孔埋设的S1渗压计,完全随库水位的变化而变化,S1渗压计的渗透水位比库水位低7m,帷幕后钻孔埋设的S2渗压计的渗透水位比库水位低40m,帷幕削减水头达82%,说明0+175断面帷幕防渗效果良好。其他埋设在基础面上的渗压计的渗透水位也都有不同程度上升。埋设在坝壳料基础面上的S5～S9渗压计和UP3,UP4测压管的渗透水位上升了6m左右,达到坝体排水高程915.0m后,都不再随库水位的升高而上升。埋设在粘土心墙0+175断面935.0m高程的S10、S11渗压计和965.0m高程的S12、S13渗压计,在蓄水初期测值都没有变化。2005年10月底,935.0m高程上游侧的S10的测值开始上升,到2006年7月中旬已上升到961.0m高程;2006年1月20日,965.0m高程上游侧的S12的测值开始上升,7月中旬已上升到974.0m高程;935.0m和965.0m高程下游侧的2支渗压计,到目前为止测值没有变化,说明0+175断面935.0m高程以上,目前还没有形成浸润线。2.20渗压计变形水位0+123断面与0+175断面的规律基本相同。帷幕前钻孔埋设的S26渗压计,与库水位的变化一致,而且很接近,比库水位低6m。帷幕后钻孔埋设的S27渗压计的渗透水位比库水位低32m,削减水头达81%,说明0+123断面帷幕防渗效果良好。埋设在基础面上的S28、S29渗压计的渗透水位也都有不同程度的上升,心墙下游侧的S29渗压计的渗透水位从2005年8月中旬开始变化,到2006年7月中旬上升了29m,比库水位低56m左右;埋设在坝壳料基础面上的S30～S32渗压计的渗透水位,因蓄水前就在坝后排水高程约915.0m处,所以蓄水后到2006年7月中旬,渗透水位基本没有变化。埋设在粘土心墙0+123断面940.0m高程的S33、S34渗压计和965.0m高程的S35、S36渗压计,在蓄水初期测值都没有变化。2005年11月初,940.0m高程上游侧的S33的测值开始上升,7月中旬已上升到965.0m高程;2006年1月初,965.0m高程上游侧的S35的测值也开始上升,7月中旬已上升到974.0m高程;940.0m和965.0m高程下游侧的2支渗压计测值没有变化,说明0+123断面940.0m高程以上,目前还没有形成浸润线。2.30心墙渗压计和身坝表面渗压的水位变化0+223断面帷幕前后埋设的渗压计的变化规律与0+175和0+123断面有所不同。帷幕前钻孔埋设的S14渗压计随库水位的变化而变化,渗透水位上升了38m,比库水位低30m左右,远远低于0+123断面(比库水位低6m)和0+175断面(比库水位低7m),这是由于右岸基岩较为完整,裂隙较少。帷幕后钻孔埋设的S15渗压计和其他埋设在基础面上的渗压计的渗透水位也都有不同程度的上升。心墙下游侧的S17渗压计的渗透水位从2006年2月中旬开始上升,到7月中旬上升了12m左右;埋设在坝壳料基础面上的S18～S21渗压计的渗透水位,因蓄水前就在坝后排水高程约915.0m处,所以蓄水后渗透水位基本没有变化,到2006年7月,只有S20水位上升了1.5m左右。埋设在粘土心墙0+223断面945.0m高程的S22、S23渗压计和965.0m高程的S24、S25渗压计,在蓄水初期测值都没有变化。2005年11月初,935.0m高程上游侧的S22的测值开始上升,到2006年7月中旬已上升到966.0m高程;2006年1月20日,965.0m高程上游侧的S24的测值开始上升,7月中旬已上升到974.0m高程;945.0m和965.0m高程下游侧的2支渗压计的渗透水位没有变化,说明0+223断面945.0m高程以上,目前也没有形成浸润线。2.40渗压计和支压机值的变化在0+270断面970.0m高程和0+060断面960.0m高程各安装埋设了2支渗压计。埋设在粘土心墙0+060断面960.0m高程的S39、S40渗压计和埋设在0+270断面970.0m高程的S37、S38渗压计,在蓄水初期测值都没有变化。2006年1月初,0+060断面960.0m高程上游侧的S39的测值开始上升,到7月中旬已上升了11m,达到971.0m高程;2006年4月初,0+270断面970.0m高程上游侧的S37的测值开始上升,7月中旬上升了4m,达到974.0m高程;0+060和0+270断面下游侧的2支渗压计,到目前为止测值没有变化。2.5坝体防渗结构分析安装在左岸坝肩的UP5～UP8测压管,从2005年6月蓄水到2006年3月底,水位测值都没有变化。4月初到7月中旬,只有UP6测压管水位上升了5.0m,初步分析与附近的断层有关,可基本判断大坝左岸没有绕坝渗流。到2006年7月中旬,安装在右岸的UP9～UP12测压管水位较左岸变化大,经观察分析认为右坝肩山体较薄,坝肩处岩层裂隙较发育,测压管水位受上游库水位和降雨影响相对明显。3坝体土压力计组测值对比在大坝粘土心墙0+175和0+223断面(心墙内935.0m,945.0m,965.0m高程处)埋设10组土压力计,在0+060和0+270断面(心墙内960.0m,970.0m高程处)埋设了6组土压力计,共16组,其中2组为三向压力计组,14组为二向压力计组,用于监测土体应力和土体是否产生拱效应等。图4为0+175断面土压力过程线。从图4可看出,在施工期随着填土高度的增加,土压力值不断增加。在坝体中间2个断面(0+175,0+223)上,水平方向(承压面平行坝面)埋设的土压力计的测值大于上下游方向(承压面垂直坝面且朝向上游)埋设的土压力计,上下游方向埋设的土压力计的测值大于左右岸方向埋设的土压力计,轴线处埋设的土压力计测值大于心墙上游侧和下游侧的土压力计测值。2005年6月底蓄水后,埋设在心墙上游侧的土压力计组的测值完全随库水位的升降而变化;埋设在坝轴线上游附近的土压力计组的测值也随库水位的上升而上升,但当渗透水到达而使此处的土体饱和时(2005年10月底,935.0m高程上游侧TU2土压力计组埋设处的S10测值开始上升),土压力计组的测值迅速下降。在上层土荷载的作用下,土体进一步密实,TU2三向土压力计组3个方向的测值基本相等,并同时逐步上升;坝轴线下游侧埋设的土压力计组的测值变化不大。蓄水后,粘土心墙断面上土压力分布与施工期不同。施工期心墙坝轴线处的土压力值大于心墙上游侧,心墙上游侧的土压力值大于下游侧;蓄水期心墙上游侧的土压力值大于心墙坝轴线处的土压力值,心墙坝轴线处的土压力值大于心墙下游侧,符合规律。4心墙沉降的影响1)施工期心墙单点最大沉降量为422mm,占坝高的0.40%,最大累积沉降量为1036mm,占坝高的0.96%。说明心墙沉降量较小,压实指标设计合理,施工质量良好。2)蓄水期心墙沉降量增加很少,蓄水对心墙沉降量影响不大。到2006年7月中旬,心墙0+060～0+270断面之间,单点最大沉降量为455