漳泽水库大坝结构安全分析

任建营　闫福根　张晓军

（1.山西省漳泽水库管理局，山西长治　046000；2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉430010）

漳泽水库大坝结构安全分析

任建营1闫福根2张晓军1

（1.山西省漳泽水库管理局，山西长治046000；2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉430010）

本文根据漳泽水库2008年结构安全评价成果和运行期监测资料，对新旧坝体的沉降变形状态、大坝渗流和坝坡稳定进行了计算，分析结果表明：大坝各监测点倾度值均未超过临界破坏倾度值，坝面产生危险性纵、横向裂缝的可能性不大；大坝整体渗流状态正常，不存在渗流破坏问题；各种工况下大坝上、下游坝坡的最小安全系数均满足规范要求，不存在抗滑稳定问题。

漳泽水库大坝；结构安全；坝坡稳定

1　工程概况

漳泽水库［1］位于山西省长治市北郊浊漳河南源干流上，为浊漳河南源的控制性枢纽工程（地理位置及枢纽布置见图1）。1959年11月，大坝动工兴建，设计防洪标准200一遇，无校核洪水设计标准。1989年10月—1995年6月，大坝进行全面加固，设计防洪标准达到100年一遇、校核洪水标准达到2000年一遇。水库总库容4.27×108m3。枢纽工程包括主坝、副坝、溢洪道、泄水洞和输水洞等，其中主坝、副坝等主要建筑物等级为2级。

2　大坝改建加高培厚

漳泽水库大坝为均质土坝，初建时期坝顶高程为905.00m（大沽高程系，下同）。改建加高后，坝顶高程达910.00m，坝长2514m。其中:0+000～0+874为主坝，最大坝高22.50m；0+874～2+514为副坝，最大坝高17.50m。加高后坝体迎水坡马道（原坝顶）宽3.50m，马道以下坝坡1∶2.75～1∶3，马道以上坝坡1∶2.5。背水坡马道宽2m，马道以上坝坡1∶2，马道以下主坝坝坡1∶3～1∶4、副坝坝坡1∶4～1∶8（典型剖面如图2所示）。

图1　漳泽水库地理位置和枢纽布置

3　2008年大坝结构安全评价结论

漳泽水库2008年结构安全评价指出:大坝旧坝体沉降变形基本稳定，新坝体在2003年、2004年沉降量明显增大，沉降速度明显增加，新坝体沉降还未达到稳定状态。大坝结构安全等级为B级。

图2　大坝典型剖面（单位:cm）

4　大坝现状结构安全分析

针对安全评价结论:2015年，从大坝沉降变形分析、大坝渗流计算和坝坡稳定计算三个方面，对大坝现状结构安全进行了全面分析与评价。

4.1大坝沉降变形分析

4.1.1竖向位移监测布置

大坝坝面竖向位移监测点共计83个，布设于4条平行坝轴线方向的测线上（测线P1～P4）。监测点桩号为0+200～2+200，相同测线上相邻监测点的间距为100m（监测点典型布置断面如图3所示）。

图3　大坝坝面竖向位移监测点典型布置断面

4.1.2竖向沉降位移分析

选取坝轴桩号0+600、1+200作为主、副坝的典型断面，并从“初建期—改建期”“改建期—2008年”和“2008年之后”三个阶段对大坝累计沉降进行对比分析，结果见表1。

表1　三阶段坝面沉降累计值分析对比

主坝P1测线监测点累计沉降量占坝高的比例分别为1.50%、0.13%和0.03%，占副坝高的比例分别为1.98%、0.30%和0.07%。其中，“初建期—改建期”沉降量最大，其他两个阶段沉降量很小。说明旧坝体在改建期之后沉降已基本趋于稳定，进入2008年后，沉降达到稳定状态。

“改建期—2008年”监测阶段，主坝P2—P4测线监测点的累计沉降量占坝高的比例分别为0.73%、0.91%和0.65%，副坝为0.87%、0.94%和0.48%。沉降量较大，说明该阶段新坝体沉降处于不稳定状态。但进入2008年后，主坝三条测线监测点的累计沉降量占坝高的比例分别降低到 0.04‰、-0.18‰和0.23‰，副坝降低至0.11‰、-0.17‰和-0.16‰，说明2008年之后，新坝体沉降达到稳定状态。

综上所述，大坝目前的沉降达到稳定状态。

4.1.3裂缝分析

本文采用倾度法［2］对大坝裂缝进行分析，即通过计算相邻监测点的倾度值分析大坝的裂缝情况，倾度值计算见下式:

式中γA-B——A、B两点的倾度，%；

SA——A点竖向位移，m；

SB——B点竖向位移，m；

ΔL——A、B两点之间距离，m。

依据上式计算得到各条测线上监测点的最大倾度值（见表2）。

表2　各条测线监测点的最大倾度值

从表2可以看出，主坝纵向最大倾度值为0.19‰，横向为1.70‰；副坝纵向最大倾度值为0.16‰，横向为2.50‰。最大倾度值均未超过临界破坏倾度值（土体的临界破坏倾度约为1%［3-4］）。因此，可以认为:大坝面产生危险性纵、横向裂缝的可能性不大。

4.2大坝渗流计算分析

大坝渗流计算采用有限元数值法，计算工况包括正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位。计算参数以2015年地勘成果为基础，结合原始设计资料及2008年地勘成果，参考类似工程经验，进行综合确定。选择“坝轴桩号0+760”和“坝轴桩号1+300”断面进行主、副坝渗流计算分析，结果如表3所列，部分工况下浸润线分布如图4和图5所示。

从表3可看出:各工况下，坝体浸润线均从下游坝脚溢出，出逸点渗透比降均小于容许比降，且大坝总渗流量较小，处在设计允许范围内。说明目前大坝整体渗流状态正常，不存在渗流破坏问题。

表3　各种工况渗流计算结果

图4　坝轴桩号0+760断面正常蓄水位工况浸润线（等势线）分布

图5　坝轴桩号1+300断面正常蓄水位工况浸润线（等势线）分布

4.3坝坡稳定计算分析

坝坡稳定计算方法采用简化毕肖普法，并根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）规定确定计算工况。计算参数及断面选取同“渗流计算”（计算结果如表4所列），部分工况坝坡最危险滑动面如图6和图7所示。

表4　各种工况坝坡稳定计算结果

图6　桩号0+760断面下游坝坡最危险滑动面（正常蓄水位）

图7　桩号1+300断面下游坝坡最危险滑动面（正常蓄水位）

从表4可以看出:正常运用条件下，各种工况坝坡稳定安全系数最小值为1.75，大于安全系数标准1.35；非常运用条件Ⅰ下，各种工况坝坡稳定安全系数最小值为1.39，大于安全系数标准1.25；非常运用条件Ⅱ下，各种工况坝坡稳定安全系数最小值为1.26，大于安全系数标准1.15。各种工况大坝上下游坡面的安全系数均满足规范要求。因此，大坝稳定。

5　结语

本文根据漳泽水库大坝渗流、坝坡稳定计算成果，对大坝现状结构安全进行了全面的分析与评价，得到以下结论:在“改建期—2008年”监测阶段，旧坝体沉降已经趋于稳定，新坝体沉降未稳定，目前新坝体沉降已达到稳定状态；大坝各监测点倾度值均未超过临界破坏倾度值，坝面产生危险性纵、横向裂缝的可能性不大；大坝整体渗流状态正常，不存在渗流破坏问题；各种工况下大坝上、下游坝坡的最小安全系数均满足规范要求，不存在抗滑稳定问题。■

［1］李艳鸽.基于智能计算的土石坝变形与渗流稳定性分析［D］.武汉:中国地质大学，2009.

［2］陈超.克孜尔水库主坝抗裂计算与分析［J］.水利科技与经济，2009（7）:602-609.

［3］赵巨仁.汾河水库大坝变形分析［J］.科技情报开发与经济，2010（12）:58-59.

［4］王惠民.倾度法在建新水库大坝观测资料分析中的应用［J］.水利建设与管理，2013（8）:53-57.

Analysis on structure safety of Zhangze Reservoir dam

REN Jianying1，YAN Fugen2，ZHANG Xiaojun1（1.Shanxi Zhangze Reservoir Administration，Changzhi 046000，China；2.Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

In the paper，old and new dam settlement deformation status，dam seepage and dam slope stability are calculated according to structure safety assessment results and operation period monitoring data of Zhangze Reservoir in 2008.Analysis results show that the inclination value of all monitoring points in the same is not higher than the critical damage inclination value.The possibility for the dam surface to produce risky longitudinal and transverse cracks is low. Overall seepage condition of the dam is normal without seepage damage problem.The minimum safety coefficient on the upstream and downstream dam slopes of the dam can meet requirements of specification under all working conditions without anti-skid stability problem.

Zhangze Reservoir Dam；structure safety；dam slope stability

TV62

A

1005-4774（2016）05-0068-05

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.018