围坝渗流计算应用管理论文

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1．工程概况

东湖水库位于济南市章丘市高官寨镇和历城区遥墙镇，由围坝、入库泵站、出库泵站、泄水闸、截渗沟等组成，是济南市东湖供水工程的调蓄水库。水库总库容5800万m3，占地6．7km2，平均蓄水深6．6m，围坝总长9．1km，最大坝高9．2m。东湖水库建成后可大大缓解济南市东部地区供水紧张状况，为经济社会发展提供可靠保障，并改善该地区生态环境状况。

2．坝体防渗设计

为了使水库工程经济合理，筑坝土料采用库区内取土，可取土面积4．67km2主要为粉砂、壤土、砂壤土及少量裂隙黏土。为尽量利用料场砂壤土、粉砂土，并且保证大坝安全，拟在坝体浸润线以上2m用粉砂及砂壤土筑坝。根据砂壤土、粉砂土黏性含量低，遇水液化、塌坡、失水松散、遇风易被扬起等特点，将砂壤土、粉砂土内包，四周用壤土保护。围坝上游护坡采用14cm厚混凝土预制板，下铺500g／cm2复合土工膜一层，再向下铺设10cm厚的中砂垫层。

3．坝基防渗设计

东湖水库坝基地层为第四系土，从上到下主要为粉砂、裂隙黏土、砂壤土、淤泥质黏土、粉砂、壤土夹礓石、黏土夹礓石、砂壤土、粉细砂和壤土夹礓石，共10层。第6层壤土夹礓石埋深为10～18m，渗透系数为10－5cm／s，分布连续，工程地质条件较好，可视为相对不透水层。根据东湖水库工程地质勘察报告，坝基年渗漏量1620万m3，占设计库容的38．6％，渗漏严重，必须采取坝基截渗措施。

根据本工程地基土层分布特点，经方案比较，采用深层搅拌法（水泥土加固法）截渗技术。该方案不仅截渗效果好，而且易施工，不需开槽，直接搅拌成桩，施工速度快，工效高，耐久性好，强度高。加固深度嵌入第6层相对不透水层，且与坝脚处的复合土工膜密切结合，形成完整的防渗体系，达到防渗设计的目的。

4．围坝渗流计算

（1）有限元法的原理

有限元法是把连续体离散化为有限个单元的集合体来进行研究，引用变分原理对研究问题建立模型，推导出近似解的一组方程，最后归结为求解多阶系数矩阵的线性方程组，以计算机作为工具，并在矩阵分析和数值方法的基础上进行所需精度的计算。

（2）单元格剖分的方法

对无压渗流求解稳定渗流场时，一个麻烦的问题是决定自由面的位置。在实际计算中，一般是先假设一个自由表面的初始位置，然后再进行单元格的剖分。

（3）计算结果

计算水头取5．1m，共分为5个区域，25个结点，29个单元格，根据软件要求的格式依次将结点数、单元数、区域数每个区域代表一种土质等总体信息和上、下游水位，结点坐标，区域渗透系数等具体数据写入数据文件，运行有限元程序后，即可得出浸润线、逸出点、等势线的位置和渗流量的大小。表1为浸润线计算成果表，表2为围坝年渗漏量计算成果表。

由表1可以看出，坝体截渗与坝基截渗使水头从27．90m降到26．23m，拦截了33％的水头，从坝脚逸出；由表2围坝年渗漏量为338．8万m3不采取防渗处理，年渗漏量达1620万m3，不仅降低了浸润线的高度，使围坝的渗透坡降控制在允许坡降范围以内，而且使渗漏量大大减少，既保证了围坝的安全，又减少了水量损失。