袁野1,2 费文平1,2
1四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，2四川大学水利水电学院，四川 成都 610065
摘要：本文通过GEO-STUDIO 软件中SLOPE/W 和SEEP/W模块对某水库三期上游横向围堰合拢部位出现的渗漏进行稳定分析。经计算表明：设计水位条件下，围堰上游的渗漏量比当前水位及坝高情况下的渗漏量增加量不大，围堰的上游坝坡最危险滑动面稳定安全系数满足规范要求。建议在三期横向围堰上游漏水部位设置平台压渗，在龙口前面铺盖位置顺河向和横河向大于龙口宽度一定范围内先抛填粘土麻袋，再抛填覆盖粘土；在洪水险情条件下，加强围堰渗漏监测、边坡沉降险情监测与巡查等应急预案，以确保围堰稳定安全，为水库建设提供保障。
关键词：GEO-STUDIO；渗流；坝坡稳定；横向围堰
1 引言
围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物[1]。过水围堰在建设水利水电枢纽工程中，过水围堰能够减少部分泄水建筑物修建，从而减少建设工程造价、缩短工期。渗流稳定性对过水围堰的整体安全性具有关键性作用，一旦渗流坡降或渗流的流速达到一定限值，就会导致围堰产生滑移的现象，造成渗透破坏等一系列不良影响。
自20世纪初起，渗流对于工程产生的影响就已经成为工程建设领域的重点关注对象。测试方式的优化和计算机的应用，使围堰渗流的问题研究逐渐形成了理论和方法，以及应用范围。目前有很多相关研究成果，以下列成果为例分析。
尹平保等人提出一种汛期锚碇的基础土围堰整体稳定值研究方法。根据非饱和土渗流和抗剪强度基本理论，推导出考量渗流力的Janbu优化法[2]。利用土工实验和Fredlund法，获得土体物理学参量、SWCC曲线和非饱和渗透系数变化曲线，针对洪水保持中土围堰整体稳定程度进行了理论和数值两方面的分析。但是该方法精度较差，应用效果不理想。
针对上述问题，本文引入岩土分析软件GeoStudio，研究某水库三期横向围堰渗流稳定性，为同类型的工程提供一些可参考的经验和建议。
2工程概况
某水库位于巴河支流-恩阳河中游河段，坝址位于恩阳区两路村、高岸村境内。本枢纽工程规模属大（2）型，工程等别为II等，主要建筑物大坝（挡水、泄水、消能建筑物）、厂房建筑物、鱼道出口坝段为2级；鱼道（非出口坝段）、厂房尾水渠、下游河道护岸以及其他次要建筑物等为3级。工程以防洪为主，兼顾发电，改善下游供水条件。
水库正常蓄水位372.0m，设计洪水位372.50m，校核洪水位373.73m，总库容11497万m3，死水位357.0m，汛期限制水位357.0m，防洪库容7972万m3（淤积后）。电站最大引用流量75m3/s，设计引用流量56m3/s，装机7000kW，多年平均发电量2207万kW?h，装机利用小时3153h。
某水库三期围堰分上游横向土石围堰、纵向混凝土围堰和下游横向土石围堰依附右岸呈半包围形式布置。三期上游横向围堰轴线长约85.0m，围堰顶高程 353.1m，顶宽8.0m，最大堰高12.1m。围堰型式为土石围堰，迎水面边坡1:1.8，背水面边坡为1:2.0。堰体采用粘土心墙+土工膜防渗。三期下游横向围堰轴线长约65.0m，围堰顶高程 344.0m，顶宽8.0m，最大堰高4.0m。围堰型式为土石围堰，迎水面边坡1:1.8，背水面边坡为1:2.0。堰体采用粘土心墙防渗。三期围堰设计标准采用12月～次年3月10年一遇洪水标准，相应洪峰流量71.5m3/s，对应上游水位为352.40m，下游水位为343.20m。
该水库围堰合拢后出现渗漏，渗流量为 0.4 m3/s~0.5 m3/s。渗流出口位于背水侧拢口中心底部，经水下探查渗流入口位于拢口迎水侧中心距河床底 3 m 左右，初步判断主要渗漏位置集中在拢口部位。
（1）在围堰合拢施工中，水流速度较大，填筑的细粒料被水流带走，在底部形成一定架空层。（2） 围堰合拢时，拢口心墙位置清理戗堤石渣因在水下作业，同时河床基岩不平，将河底石块清理干净难度大，导致清基不彻底。（3）心墙粘土含砂量较高，粘土中大颗粒较多，塑性指数低，遇水后粘结度差，水压大时易松散，水位上升后在水压的作用下击穿心墙并形成漏水通道。
3 建立模型
为分析在当前渗漏条件下，三期横向围堰的坝坡和渗流稳定性，根据工程情况，分析横向围堰的渗流场，评价其上下游边坡的稳定性，并考虑在设计最大流量、完建工况及最大坝高条件下，围堰的坝坡和渗流稳定性。采用 GEO-STUDIO二维平面模型进行有限元分析。
计算坐标系原点取在出口底板与坝横 0~0.480 m 的交线上，X 为从下游指向上游方向，以出口处为零点，Y 方向为铅直向上方向。二维模型所取的计算范围为 -20m≤X≤106 m，329m≤Y≤上部结构实际高程。采用二维平面单元，共分成 6个区域，分别为粘土心墙区，上下游石渣堆石区，上下游大石块压脚，泥质粉砂岩基础，共有共8071个单元，8325个节点。二维模型如图1所示，计算拟采用的材料参数如表 1所示。
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4渗流稳定分析
采用 SEEP/W 软件对三期横向围堰进行渗流分析，求得各工况下的单宽渗流量和浸润线，根据渗流分析结果并应用于坝坡稳定分析计算中。
在当前水位条件下，三期横向围堰上游的渗漏单宽流量为0.0003m3/(s·m)，在设计水位条件下，三期横向围堰下游的渗漏单宽流量为0.0012 m3/(s·m)，比当前水位及坝高情况下的渗漏量增加量不大。稳定渗透水头等值线见图2到图 3。
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图
5 坝坡稳定分析
通过对该水库围堰的二维模型在正常水位和加高后在设计水位的计算工况下，运用 Geostudio 软件中的SEEP/W 模块，获得浸润线，搜索该围堰坝内潜在的滑动面，计算得到该围堰在现状水位 350.26 m 和设计水位 352.4 m 高程下的最危险滑动面稳定性系数见表2。坝坡最危险的滑移面和滑弧圆心见图 4~ 图 7。当前水位运行工况下，上下游边坡最危险滑动面稳定系数都大于最小安全系数；在设计水位运行工况下，上下游边坡最危险滑动面稳定系数都大于最小安全系数。满足规范要求。
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6 结论及建议
6.1 结论
通过对该水库上游围堰在当前水位及设计水位条件下，渗流稳定和坝坡稳定的分析，可得到以下结论：（1）该围堰在设计水位工况下与在当前水位运行工况下的渗漏量相比，增加量不大。（2）围堰的上、下游坝坡最危险滑动面稳定安全系数满足规范要求。
6.2 建议
1）建议在围堰部位漏水处设置平台压渗，压渗平台尺寸大于龙口宽度，厚度约为2.5 m。在龙口前面铺盖位置顺河向和横河向大于龙口宽度一定范围内先抛填粘土麻袋，然后再覆盖抛粘土。
2）为确保围堰在运行期的稳定性，特别是在洪水条件下的安全运行，建议采用以下应急预案：①加强监测。在该水库上游横向围堰主要监测项目包括：坝体垂直位移、水平位移监测，以及围堰下游合龙位置渗流流量监测。②险情监测与巡查。险情检测内容主要包括：围堰下游附近，有无阴湿、渗水、管涌等现象。渗水点渗水量有无变化、渗水颜色、酸碱度有无变化。
参考文献(References):
[1]齐强,侍克斌.基于geostudio的混合结构过水围堰渗流稳定研究[J].计算机仿真,2020,37(4):
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[4]马恒臻,刘明明,陈君等.基于非稳定过程的岩土体非饱和参数反演分析[J].中国农村水利水电, 2017(10):110-114.
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