吉仁力玛水库大坝渗流及坝坡稳定分析

邰春亮

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 832000）

1 概况

吉仁力玛水库是新疆维吾尔自治区麦盖提县境内的一座引水注入式中型平原水库，通过五零渠的五零总闸引取叶尔羌河河水存蓄于库内用于调节下游灌溉和人畜饮水。麦盖提县地处喀喇昆仑山北麓，塔克拉玛干大沙漠西南边缘。南邻莎车县，北接巴楚县，西接岳普湖县。

吉仁力玛水库始建于1959年，1960年时蓄库库容达1600万m3，1966年建成放水闸，1968年完成库容3200万m3，其中有效库容2700万m3。水库在1987年、1990年、1996年曾多次进行除险加固和扩建，1996年除险加固完成后，水库库容为3500万m3，其中有效库容3000万m3，死库容500万m3。2003年5月，完成了对吉仁力玛水库大坝首次安全鉴定工作。2005年5月至当年12月再次完成了水库的除险加固，水库总库容3500万m3，兴利库容3000万m3。水库正常蓄水位1169.20 m，死水位1165.10 m。淹没面积13.8 km2，控制灌溉面积24.32万亩。水库建筑物包括土坝、放水涵洞、放水渠及配套建筑物等。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）规定，吉仁力玛水库工程规模为中型工程，工程等别为Ⅲ等。建筑物级别：主要建筑物为3级，次要和临时建筑物级别为4级。

工程区地震基本烈度根据国标GB 18306-2015(1∶400万)《中国地震动参数区划图》划分，50年超越概率10%的地震动峰值加速度a=0.1 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震基本烈度为Ⅶ度。

2 渗流计算

2.1 计算原理和方法

渗流安全评价原理如下：砂砾石层包括砂层、砂砾石层、砾卵石层等的渗透稳定性，应根据土的类型及其颗粒级配等情况判别渗透变形形式，核定其相应的允许渗透比降，与工程实际渗透比降相比，判断渗流出口有无管涌或流土破坏的可能性，以及渗流场内部有无管涌、接触冲刷等[1]。

稳定渗流计算采用北京理正《渗流分析软件》6.0版本进行计算，程序采用有限元分析法求解渗流方程。

式中：H为渗流场的水头函数；P为水压力；γ为水容重；Kx、Ky分别为土的渗透方向渗透系数。

2.2 计算基本资料

计算断面选取：大坝上游1∶8土缓坡均质坝体防渗标准剖面图W4+000（均质土坝）和大坝渗漏严重的高坝段土工膜斜墙结合坝基深层搅拌防渗桩墙防渗标准剖面图E2+000（面板坝+防渗桩墙）。

渗透系数的选取根据实验和勘察成果取值于见表1。

表1 渗透系数表 单位：cm/s

2.3 坝基渗流计算成果表

E2+000、W4+000处渗流量、出逸点比降见表2，坝体的浸润线、渗流流网图和比降图见图1～图4。根据计算的单位渗透量，可估算大坝的年总渗流量，大坝的年总渗流量为15.98万m3（全年按100天蓄水到正常设计水位考虑）。

表2 渗流计算结果表

根据计算成果来看，水库坝基低液限粉土产生渗透变形的允许比降为0.46（取自地勘资料），下游坝基渗透比降为0.10~0.14，因此坝体不会发生渗透破坏。渗流计算简图见图1~图4。

图1 E2+000断面流网图

图2 W4+000断面流网图

图3 E2+000断面各点比降值图

图4 W4+000断面各点比降值图

3 坝坡稳定计算

3.1 计算工况选择

坝坡稳定计算复核主要是复核坝体的边坡稳定情况，计算时，选择三种典型断面E0+050、E0+400和E1+600作为计算断面，进行边坡稳定性复核。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001），按以下三种控制工况进行坝坡抗震稳定分析计算。求出抗滑稳定安全系数，并根据抗滑稳定最小安全系数判断是否具有足够的稳定性。

（1）稳定渗流期（正常蓄水位1169.20 m）的上、下游坝坡——正常运用条件；

（2）水位骤降期（由正常蓄水位1169.20 m快速降至死水位1165.10 m）的上游坝坡——非常运用条件Ⅰ；

（3）稳定渗流期（正常蓄水位1169.20 m）+VII度地震的上、下游坝坡——非常运用条件Ⅱ[2]。

采用中国水利水电科学研究院出版的《土质边坡稳定分析程序》（STAB 2008）进行计算。

3.2 计算方法

采用计算条块间作用力的简化毕肖普法，计算中，抗剪强度指标采用有效应力法加以确定，并以对数形式的非线性强度指标进行计算[2]。

3.3 参数采用

计算坝坡稳定分析选取的计算参数采用地勘资料，勘察土层试验成果见表3。

表3 坝坡稳定分析计算参数表

3.4 计算结果

坝坡稳定分析计算成果见表4，坝坡稳定计算图见图5～图13。

表4 坝坡抗滑稳定计算最小安全系数

图5 W4+000断面下游坝坡稳定计算图（稳定渗流期）

图6 W4+000断面下游坝坡稳定计算图（水位骤降）

图7 W4+000断面下游坝坡稳定计算图（Ⅶ度地震）

图8 E2+000断面上游坝坡稳定计算图（稳定渗流期）

图9 E2+000断面下游坝坡稳定计算图（稳定渗流期）

图10 E2+000断面上游坝坡稳定计算图（水位骤降）

图11 E2+000断面下游坝坡稳定计算图（水位骤降）

图12 E2+000断面上游坝坡稳定计算图（Ⅶ度地震）

图13 E2+000断面下游坝坡稳定计算图（Ⅶ度地震）

水库大坝在稳定渗流期和稳定渗流期+Ⅶ度地震的上下游坝坡抗滑稳定安全系数最小值均大于规范规定的最小安全系数，水位降落期的上游坝坡抗滑稳定安全系数最小值大于规范规定的最小安全系数。结合目前实际运行情况，大坝坝坡是稳定的，上下游坝坡抗滑稳定满足《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）要求。

5 结语

1)按有限元数值分析法计算的各工况的坝体坝基渗透坡降均小于允许坡降；但坝体及坝基渗流量稍大，考虑目前水库为20世纪60年代建造的“三边工程”，经多次除险加固后，计算出渗流量与实际渗流情况相符。

2)依据《水库大坝安全评价导则》SL 258-2017，可认为该工程的渗流性态是安全的，应评定为B级。

3)根据《水库大坝安全评价导则》中有关标准评价，吉仁力玛水库大坝整体稳定满足规范要求，认为大坝结构基本安全，其结构安全性评定为B级。

4）对于大坝下游地面渗水点，应加强观测，尤其水库高水位运行期，建议对坝后渗水区域进行清除覆盖层并增加盖重措施；水库管理运行单位应根据监测制度对坝体变形、渗流、库水位进行监测，对监测资料进行整编并存档；管理单位应每年组织专家对水库的观测成果进行评审。