水库大坝渗流安全评价

水库大坝渗流安全评价原设计、施工的渗流控制措施评价大坝施工时清基深度仅1m左右，坝基覆盖为第三系粘土岩(N2)：黄色、灰色、绿灰色灰黑色砾石层、含砾粘土岩与粘土岩，砾石成分为玄武岩、砂岩、灰岩，呈次棱角-棱角状。两坝肩岩体强风化层，属中等透水层。筑坝土料级配较差，施工质量控制不规范，填筑压实度较低，属中等透水层。但设计及施工时，未设置坝基截水槽、坝肩结合槽及防渗心墙等防渗设施，导致水库运行中，存在坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏及坝端结合部渗漏问题。大坝现状渗流情况评价大坝现状渗流情况(1)实测资料坝基及坝体绕坝渗漏现象严重，在最高水位1934.37m下，坝体下游坝坡出逸点标高为1928.24m，总渗漏量达3.89L/S,坝体下游坝坡湿润、沼泽面积达1282m2，渗漏水汇集于坝坡低洼处，积水厚度达12cm左右。(2)分析目前渗漏情况对大坝的危害A、 渗漏量逐年增大通过对照本次巡视结果和历年渗漏观测资料，坝体的湿润面积随库水位的升高而增大，渗漏量呈逐年增大之势。B、 坝面渗透破坏近年来，坝体的集中出逸点逐年增加，本次巡视发现，坝体湿润区分布有可量测出水量的集中漏水点10个，隐约可听到渗漏水流响声，部分集中出逸点存在坝土颗粒被带出的现象。C、 浸润线位置较高在最高水位(1934.37m)下，坝体下游坝坡出逸点标高为1929.09m。受渗漏水流的长期浸泡，土料力学性质指标逐年衰减，在渗透力的诱导下，坝坡的抗滑稳定性显著降低。(3)监测资料分析为了查明大坝渗漏原因，通过现场钻孔进行了孔内水文地质试验及水位观测等工作，结果显示，大坝坝土、坝基的透水性指标均较大。坝土碾压不密实，填筑压实度仅为51.1%〜90.6%,低于现行规范值的要求。其渗透系数为1.27X10-3〜4.20X10-4cm/s,属中等透水层。坝基由新第三系和石炭系下统大唐组构成，渗透系数5.1X10-5cm/s〜1.27X10-3cm/s,属中等透水层。下伏强〜弱风化灰岩地基，厚度大于10m,透水率8.2〜15.42Lu，属弱〜中等透水层。但施工未设坝基截水槽、坝肩结合槽及防渗心墙等防渗设施,坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏及坝端结合部渗漏问题不可避免。（4）监测资料评价东进水库坝体填筑土料级配差,质量不合格,碾压时质量控制不规范,压实度低。坝体结构分区性及透水指标差异性的存在,易在坝土料之间形成连续的透水带,进一步发展为连续的软化带,不仅加剧坝体渗漏,还造成坝体变形量大甚至出现坝坡滑动等不良影响。渗透流量及渗透变形计算主坝（1）基本资料A、 水库特征水位：正常蓄水位1934.00m；设计洪水位1934.37m（本次复核值）；校核洪水位1934.54（本次复核值）；死水位1930.70m。B、 计算采用断面：大坝最大横断面和坝轴纵断面。C、 大坝各区土料颗粒级配统计结果见表7-1。D、 大坝各区土料主要物理性质指标统计结果见表7-2。表7-1 大坝各区土料颗粒级配统计值坝体分区颗粒组成（％）>22〜0.0750.075〜0.005<0.005坝体I区1.2515.0051.1932.28坝基III区第三系粘土岩表7-2大坝各区土料主要物理性质指标统计值坝体分区天然密度g/cm3饱和密度g/cm3孔隙比比重平均透水性指标cm/s//Lu坝体I区1.761.850.942.645.05X10-4棱体II区2.152.261.16X10-4坝基III区1.871.964.71X10-4E、浸润线推求根据大坝现状病害情况，结合本次安全评价地质勘察资料，对坝体土样进行物理力学性质分析。然后，通过钻孔水位反演分析水库最高水位情况下的坝土渗透系数和坝基透水率，进行坝体渗流分析。坝体浸润线采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》（V5.10）中的渗流分析计算软件进行二维平面有限元分析得到。F、计算断面图图7-1主坝渗流计算断面图（2）渗流量计算计算采用巴甫洛夫斯基〜达赫勒分段计算法，按透水地基上的均质土坝进行计算。由于大坝土料具有分区特点且各区土料的渗透系数不尽相同，因此，计算时按分层土体的渗透性计算公式，求出坝体的综合渗透系数（K综合），首先求出坝体最大横断面时的单宽渗透流量（q）,最后求出整个坝体的总渗透流量（Q）,计算结果见表7-3。表7-3坝体、坝基渗漏流量计算结果项目水库水位（m）坝土k （cm/s）综合坝基覆盖层k （cm/s）综合基uuL土q5.05X10-44.71X10-411.3单宽渗漏量正常畜水位1934.000.0081q(L/s.m)最咼运行水位1934.370.0094总渗漏量正常畜水位1934.003.81Q(L/s)最咼运行水位1934.373.96从计算结果知，东进水库大坝在正常蓄水位1934.00m时的坝体、坝基渗透流量计算值为2.81L/S，在最高运行水位1934.37m时下的坝体、坝基渗漏流量计算值为2.96L/S。对照大坝渗漏现状，除坝体渗漏外，坝基渗漏、绕坝渗漏及坝肩结合部渗漏问题严重。（3）渗透变形计算A、 计算方法计算方法：根据坝体、坝基土体的级配状况，确定坝土、坝基可能的渗透变形类型，再根据坝体、坝基土料的物理性质指标确定其临界水力坡降（Jcr），依据工程特点及重要性，确定相应的安全系数，求出允许水力坡降（［J］）；结合坝体的运行情况，求出下游坝坡出逸点的出逸水力坡降值（J）,最后进行判别。B、 计算结果大坝渗透变形计算结果见表7-4。表7-4 大坝渗透变形计算结果水库水位（m）计算参数坝体棱体坝基I区II区III区正常畜水位（1934.00）Jcr0.8870.765F2.52.5[J]0.3550.306J0.3860.367坝土：由土样颗粒级配曲线求得大坝坝体土料的Cu=34.67>5,Cc=10.2,可知其级配不良。覆盖层：由颗粒级配曲线求得坝基覆盖层土料的Cu=31.2>5,Cc=9.7，可知其级配不良。流土型渗透变形的临界水力比降计算公式为：J=（G-1）（-n）crs（C）分析根据计算结果，坝体在正常蓄水位情况下，出逸水力坡降J）为0.386,大于其允许水力坡降［J］值（0.355）,易于发生渗透变形。根据计算结果，坝基覆盖层在正常蓄水位情况下，出逸水力坡降（J）为0.367,大于其允许水力坡降［J］值（0.306）,易于可能发生渗透变形。副坝（1）基本资料A、水库特征水位：正常蓄水位1934.00m；设计洪水位1934.37m（本次复核值）；校核洪水位1934.54（本次复核值）。B、 计算采用断面：大坝最大横断面和坝轴纵断面。C、 大坝各区土料颗粒级配统计结果见表7-5。D、 大坝各区土料主要物理性质指标统计结果见表7-6。表7-5 大坝各区土料颗粒级配统计值坝体分区颗粒组成（％）>22〜0.0750.075〜0.005<0.005坝体I区1.2515.0051.1932.28坝基II区III区第三系粘土岩表7-6 大坝各区土料主要物理性质指标统计值坝体分区天然密度g/cm3饱和密度g/cm3孔隙比比重平均透水性指标cm/s//Lu坝体I区1.761.850.942.645.05X10-4棱体II区2.152.261.16X10-4坝基III区1.871.964.71X10-4E、浸润线推求根据大坝现状病害情况，结合本次安全评价地质勘察资料，对坝体土样进行物理力学性质分析。然后，通过钻孔水位反演分析水库最高水位情况下的坝土渗透系数和坝基透水率，进行坝体渗流分析。坝体浸润线采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》（V5.10）中的渗流分析计算软件进行二维平面有限元分析得到。F、计算断面图图7-2副坝渗流计算断面图（2）渗流量计算计算采用巴甫洛夫斯基〜达赫勒分段计算法，按透水地基上的均质土坝进行计算。由于大坝土料具有分区特点且各区土料的渗透系数不尽相同，因此，计算时按分层土体的渗透性计算公式，求出坝体的综合渗透系数（K综合，首先求出坝体最大横断面时的单宽渗透流量（q）,最后求出整个坝体的总渗透流量（Q）,计算结果见表7-8。表7-8 坝体、坝基渗漏流量计算结果项目水库水位（m）坝土k综合（cm/s）坝基覆盖层k综合（cm/s）基uuL土q5.05X10-44.71X10-411.3单宽渗漏量q（L/s.m）正常畜水位1934.000.004最高水位1934.370.0043总渗漏量Q（L/s）正常畜水位1934.001.61最高水位1934.371.73从计算结果知，东进水库大坝在正常蓄水位1934.00m时的坝体、坝基渗透流量计算值为1.611L/S,在最高运行水位1934.37m时下的坝体、坝基渗漏流量计算值为1.73L/S。对照大坝渗漏现状，除坝体渗漏外，坝基渗漏、绕坝渗漏及坝肩结合部渗漏问题严重。（3）渗透变形计算A、 计算方法计算方法：根据坝体、坝基土体的级配状况，确定坝土、坝基可能的渗透变形类型，再根据坝体、坝基土料的物理性质指标确定其临界水力坡降（Jcr），依据工程特点及重要性，确定相应的安全系数，求出允许水力坡降（［J］）；结合坝体的运行情况，求出下游坝坡出逸点的出逸水力坡降值（J）,最后进行判别。B、 计算结果坝土：由土样颗粒级配曲线求得大坝坝体土料的Cu=6.6>5,Cc=0.91，可知其级配不良。覆盖层：由颗粒级配曲线求得坝基覆盖层土料的Cu=1.1>5,Cc=0.97，可知其级配不良。流土型渗透变形的临界水力比降计算公式为：J=（G-1）（-n）crs大坝渗透变形计算结果见表7-9。表7-9 大坝渗透变形计算结果水库水位（m）计算参数坝体棱体坝基I区II区III区正常畜水位（1934.00）Jcr0.8870.765F2.52.5[J]0.3550.306J0.3860.367（C）分析根据计算结果，坝体在正常蓄水位情况下，出逸水力坡降（J）为0.386,大于其允许水力坡降［J］值（0.355）,易于发生渗透变形。根据计算结果，坝基覆盖层在正常蓄水位情况下，出逸水力坡降（J）为0.367,大于其允许水力坡降［J］值（0.306）,易于可能发生渗透变形。大坝渗流安全评价、安全等级（1） 通过渗流量计算，主坝、副坝坝体存在严重的坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏及坝肩结合部渗漏问题。（2） 坝体渗漏量随库水位的升高而增大，渗透水流直接在下游坝坡出逸，受水浸泡，坝土的物理、力学指标会逐年衰减。3）坝土及坝基覆盖层在正常蓄水位和最高水位情况下，易于发生渗透变形破坏。本次巡视检查，坝体湿润区分布有可量测出水量的集中漏水点10个，部分集中出逸点存在坝土颗粒被带出的现象。（4）根据中华人民共和国行业标准《水库大坝安全评价导则》（SL258－2000），东进水库坝体的渗流安全等级为C级。输泄水建筑物渗流安全评价1.3.1输水涵洞渗流安全评价（1）基本资料因长期被水浸泡并受洞内水位波动影响，采用水泥石灰砂浆支砌的输水涵洞，其勾缝砂浆已发生大量脱落，使洞体的防渗性能降低。现状涵洞沿线均存在散浸渗漏，淤积。涵洞进口工作闸止水破损，门缝漏水。巡视检查中，于出口实测输水涵洞的总渗漏量为0.47L/s。（2）输水涵洞渗漏情况对建筑物的危害输水涵洞的渗漏现状，会带来以下问题：涵洞过流时，水流通过灰缝外浸并通过涵洞外围结合部土体排泄，若不处理，随缝的增加和扩展，渗漏量会逐年加大，容易引起外围结合部位的集中冲刷。进口闸关闭、涵洞断流时，外围坝土水流通过顶板及侧墙的不饱满灰缝处特别是开裂处往洞内滴漏，这会携带坝土颗粒流失，对坝体不均匀沉陷产生隐患。1.3.2溢洪道渗流安全评价（1）基本资料溢洪道全长51.3m,工程运行多年，2道闸门的橡胶止水已严重老化，局部断裂脱落，挡水时门槽周边呈股状漏水。（2）溢洪道渗漏情况对建筑物的危害在不同的运行时期会产生外水内渗或内水外渗，使墙体背部填土的物理力学性质降低，从而对陡槽段边墙及底板的稳定会产生不利影响。门槽漏水会加剧门槽及闸门两侧端的锈蚀发生，从而给闸门的启闭增加更大困难。输泄水建筑物渗流安全评价、安全等级根据渗流现状，综合评定东进水库输泄水建筑物的