宝珠寺重力坝渗压分析

宝珠寺重力坝渗压分析

1不完全年调节工况宝珠寺水库位于四川省广元地区白龙河上游。枢纽布置采用实体混凝土重力坝、坝后式厂房、厂房两侧坝身溢流的方案,坝顶全长524.48m,最大坝高132m,水库正常蓄水位588.00m,设计洪水位588.30m,校核洪水位591.80m,总库容25.5×108m3,调节库容13.4×108m3,具不完全年调节性能。电站装机容量4×175MW,多年平均年发电量22.0×108kW·h,为I等大(1)型工程,大坝为1级建筑物。原设计地震基本烈度为Ⅵ度,2006年按照Ⅶ度对拦河坝进行了抗震稳定及应力复核,满足当时抗震规范要求。宝珠寺工程于1984年开工建设,1996年发电,2000年进行了大坝竣工验收,至今已安全安全运行了十余年。宝珠寺水电站距“5·12”里氏8级大地震震中约252km,所在四川广元地区位于龙门山断裂带北段,为“5·12”地震的6大重灾区之一。宝珠寺水电站是地震中接近震中区域库容最大的水电站,处于地震0.15g动峰值加速度区,其动反应谱特征周期为0.4s。震后,电站库区仍余震不断,其间发生多次较大的余震,其中最大的一次为5月25日青川发生的6.4级地震,震中距电站约40km。2水库及其基本渗流分析2.1坝体回采过程中的渗流场中国水电顾问集团西北勘测设计研究院派出专家组在“5·12”地震发生后的5月22日～23日对宝珠寺大坝进行了现场检查。从坝顶及498.7m廊道发现河床坝段永久横缝有挤压现象,两侧坝体结构相差较大的10#～11#、12#～13#、13#～14#横缝挤压现象较为明显。坝顶公路路面层未留伸缩缝,在坝体横缝处抹面层翘起,上游防浪墙及下游栏杆也在横缝处出现裂缝,局部表面修饰层脱落。河床段各横缝未见明显错动迹象。左、右岸坝段横缝未见挤压、张开、错动现象。各坝段坝体纵缝震后均未见异常,坝体结构表面未见明显裂缝。多数横缝无明显渗水,仅13#～14#坝段间横缝在基础廊道和498.7m廊道见有渗水,震后渗水量略有增大。坝体无砂排水管均无大的渗水,多数为干孔,说明坝体上游面死水位以下部分没有贯穿性裂缝。各泄洪设施闸墩、边墙、过流面未见明显异常。震后表孔、右中空、左底孔闸门均能正常启闭。“5·12”地震发生时,宝珠寺水库一直在接近死水位558.0m低水位运行,地震发生时坝体承受的动、静水荷载均较小。同时,此次地震波方向基本平行于河床坝轴线(NE39°34′42″)方向,而不是上下游方向,对大坝影响较小。大坝水平位移地震前后变化不大,接缝间位移很小,故“5·12”汶川地震对坝体结构影响不大。2.2水库基础2.2.1震前后u9-1测点值对比为了了解坝基面扬压力的分布情况,根据大坝的布置和不同地质条件,在4#～25#坝段基础廊道共设置扬58个压力观测孔,如图1所示,形成两纵向、七横向观测断面。对比地震前后扬压力实测系列资料可以看出,右岸各坝段大部分基扬压力测点量值和变化规律均无异常变化,仅有u5-1、u9-1和u9-2三个测点受到地震的影响:u5-1测点在”震后测值变化规律正常,量值有所减小;震后u9-1测点测值变化规律与震前一致,量值有所减小;u9-2测点测值在震后有明显下降,如图2所示。说明地震对右岸坝基的渗流特性产生了一定影响,但震后坝基扬压力的观测值相比震前总体上表现为略有降低或维持震前水平不变,且无异常发展趋势,说明目前右岸各坝段坝基扬压力是安全的,该坝段的防渗帷幕处于正常工作状态。“5·12”地震对河床11#～14#以及18#、19#、21#坝段坝基扬压力产生了一定影响,但地震对这些坝段坝基扬压力的影响主要表现为震后短期内扬压力测孔水位的波动,随后趋于稳定并保持在震前量值,无异常发展趋势。说明河床大部分坝段坝基扬压力目前是安全的。但需要注意的是,震后11#、12#坝段第一基础排水廊道内测孔的水位持续上升,目前仍处于上升过程中,如图3所示。现将部分测压管在各年份代表性库水位日期的测值水头转换得到α值,从转换结果可以看出,“5·12”地震对坝基扬压力折减系数无明显影响,震后河床诸坝段的扬压力折减系数α值均小于设计值0.2,岸坡坝段除个别测孔在个别时段超出设计值0.3外,绝大多数仍满足规范要求。通过扬压力测值序列分析和扬压力折减系数的计算分析,认为宝珠寺大坝坝基扬压力总体上正常,在设计允许运行范围内,大坝基础防渗帷幕基本未受影响,运行正常。2.2.2坝基渗流规律渗漏量的监测是为了掌握大坝及其基础的抗渗能力,帷幕、横缝止水以及各排水幕和排水隧洞的工作状况。宝珠寺水电站坝顶全长524.48m,共27个坝段,观测点分布于河床坝基4个排水幕、左右各排水洞,观测方法为管口流量容积法及量水堰法。“5·12”地震后主河床及左右两岸共有23个测点测值发生明显增大,各测点的安装位置、变化幅度和震后呈现出的变化规律如表1所示。上述23个测孔“5·12”地震后渗漏量增大,分析其原因是由于地震作用,岩层节理裂隙将产生振动、错位,导致原来岩层闭合的节理裂隙张开、增大、错位和贯通,形成渗流通道,坝肩和坝基岩体中的微裂隙在地震作用下有一定张开以;据施工前勘察,坝区基岩地下水属裂隙性潜水,地下水主要赋存在断层破碎带、断层影响带、层间错动裂隙带及其交汇带内,地震激活了基岩裂隙,产生裂隙水,以上原因共同导致了震后测孔渗漏量的突然增加。震后在岩体自重、水荷载及坝体自重作用下岩体中的裂隙又逐渐闭合,渗漏量又逐渐减小。这与震后排水孔出现浑水,右岸地下水位监测孔水位明显降低等现象是一致的。需要注意的是,19ZP2测孔测值在“5·12”震后呈波浪状上升,2008年11月下旬测值达到震后测值的1.6倍。坝基渗漏量由原来的35.6m3/h增大到59.1m3/h,随后减小为53.2m3/h,如图4所示。尽管坝基渗漏量增大,但远小于设计的12000L/min。坝基排水量的监测数据来源于LSY1、LSY2和LSY3三个量水堰。根据位置判断,3个部位的渗流分别主要来源于右岸山体及第Ⅲ排水幕右侧、左岸12#洞和主排水幕和第Ⅰ排水幕,震前坝基渗水主要集中在16#、17#、18#坝基排水孔,震后在16#坝段的16ZP4、16ZP5和16ZP6三孔曾出现渗水变浑,2d后变清。分析认为这是由于坝基受地震的震动,坝基的断层、泥质夹层中的细粒被扰动带出,使水变浑,本次带出物不多,对基础无影响。地震对坝基总渗漏量表现较为复杂,取决于地震对上述位置的渗漏量的综合影响。3“512”震后基础中渗流场变化地下水位观测是衡量渗流作用在大坝和坝基岩体上的水压力大小及说明渗流对坝基岩体的浸没范围。宝珠寺大坝在左、右岸坝肩的495.00～698.00m高程之间设置37个绕坝渗流及地下水位监测孔。左岸坝肩从低到高布设有18个绕渗及地下水位监测孔,从“5·12”地震前后的观测数据对比来看,地震对左岸坝肩多数测孔无明显影响,仅有4#、8#、10#测孔受地震影响较为明显,如图5所示:4#孔水位在“5·12”震后下降近30m,8#孔水位震前波动很小,震后下降近10m,10#孔水位在“5·12”震后下降10m左右。由于地震的影响,使得左岸坝肩基岩中原有的裂隙和节理有一定程度的张开并形成新的渗漏通道。裂隙水被激活后增加了左岸的渗流量,地下水经由新贯通的渗漏通道渗流并补给了一部分被激活后渗漏的裂隙水,从而造成了上述测孔水位的降低。通过渗漏通道的不断调整,渗流场逐步稳定,测孔水位波幅减小。从地震前后的观测数据对比来看,地震对右岸坝肩渗压19个测孔总体上无明显影响,仅14#、15#、16#、17#和18#测孔水位变化较为明显,其过程线如图6所示:14#孔水位在“5·12”震后波幅较大;15#孔水位在震后下降10m左右;16#孔水位在2005年后上升约20m,之后水位作小幅波动,地震后水位小幅降低;17#孔水位在震后略有降低,18#孔水位下降约27m。右岸受地震影响较为明显的测孔全部位于右岸岸坡上,震后上述测孔水位降低的原因与左岸的相似,同为渗漏通道的变化和调整所致。绘制1999～2008年渗压等值线及矢量图分析得出,无论是渗压极大值系列还是极小值系列,年际变化不大,相对比较稳定。“5·12”地震对宝珠寺大坝坝址区渗压空间分布无明显影响。其中主河床内及岸坡坝顶高程以上的渗压最为稳定,其等值线轮廓及幅度都变化很小,相比之下,两岸坡上地质构造比较发育或地形变化比较大的位置的渗压变化相对稍大。对比2008年和2007年最大值等值线可知,主河槽内的渗压变化小于岸坡渗压;坝基下上游主帷幕处的变化最小,如图7、8所示,这表明主帷幕效果良好。年内最大值渗流矢量方向几乎没有改变,也表明了坝区总体渗流场的在地震后是相对稳定性。3坝基扬压力变化规律1)根据震后宝珠寺电站的现场检查和对大坝地震前后渗流原观特性的对比分析表明宝珠寺水电站自动监测系统仍能够正常工作;大坝混凝土结构未发生明显损伤,结构完整性依然良好;虽然个别坝段横逢出现少量渗水,但综合分析排水孔情况,推断上游死水位以下无贯穿性裂缝。2)地震对河床坝段和左、右岸坝段坝基扬压力影响较小,绝大部分测孔测值无大的变化,震后仅个别测点测值降低,目前已基本稳定,无异常发展趋势;地震对河床坝段的影响多为震后测值的短期波动,随后逐步趋于稳定。河床各坝段的扬压力折减系数α值均小于设计值0.2,岸坡坝段除个别测孔在个别时段超出设计值0.3外,都满足规范要求,说明宝珠寺大坝坝基扬压力目前是安全的。但需对11#、12#坝段第一基础排水廊道内测孔加强观测以确定