非饱和边坡山塘防渗加固及其安全分析

非饱和边坡山塘防渗加固及其安全分析

陈宁

陈宁

浙江省水利水电技术咨询中心浙江杭州310000

摘要：山塘是一种重要的小型蓄水设施，对于下游农田灌溉和人畜用水有重要意义。由于很多山塘建于上个世纪，限于资金和技术水平，山塘设施很差，安全保障较低。随着乡村生活水平的提高，山塘安全性综合整治正在逐渐开展中。本文采用随机场模拟土体参数空间变异性，基于SLOPE软件对防渗处理前后山塘的安全性进行分析。

1引言

山塘是指在山区、丘陵地区建有挡水、泄水建筑物，正常蓄水位高于下游地面高程，最大蓄水量在10万立方米以下（不含）的蓄水工程[1]。和水库一样，山塘是我国重要的水资源基础工程，我国山区面积占国土面积的2/3以上，这些地区的灌溉和饮用水多来自山塘蓄水。我国现有山塘数以万计，全力推进病险山塘除险加固工作是解除我国水库安全隐患、增强供水抗旱减灾能力、保障和改善民生的重大举措。

长期以来，很多山塘由于修建时存在技术、资金欠缺，建后管护工作不到位、年久失修，导致坝体存在滑移、变形、透水和失稳等诸多问题。许多山塘仍采用土坝，使用了数十年后，坝体杂草丛生、溢洪道淤积严重，即使是石坝山塘也存在不同程度的渗漏水情况[2]。据不完全统计，仅浙江省杭州市就有3407座万方以上山塘，总库容近9000万立方米，山塘存在数量多、投入少、隐患多、管理薄弱等问题，给农村用水安全和防汛抗旱工作带来了诸多困难[3]。

本文以SLOPE和SEEP软件为基础，针对浙江省典型山塘除险加固方案，分析分别经过渗漏水处理和综合整治前后山塘坝体安全性变化。

2.基本原理

2.1边坡安全系数

通常边坡的安全稳定系数FS受一系列土性参数的影响，即：

2.3土性参数的空间变异性

土壤是非均匀变化的连续体，即使是同一地区的不同位置，土质特性参数也具有明显差异[4]，这种特性称为土壤的空间变异性。地质统计学是空间变异性研究的理论基础，20世纪70年代，美国科研人员开始将统计学原理用于土壤调查和变异性研究中，地质统计学是以区域变量理论为基础，以数学函数为工具进行分析的数学方法。但采用统计学方法需要大量的数据支撑，采集数据工作量巨大。随着计算机技术的发展，采用数学函数模型模拟空间变异性开始被国内外学者采用[5、6]。

实现对土体空间变异性模拟的方法有很多，如Griffiths[7]等采用随机有限元法分析了不排水抗剪强度边坡的空间变异性及其安全性，Low.B.K.（2007）、Srivastava等（2009）提出了多种随机场模拟土性参数空间变异性的方法，并取得了大量研究成果[8]。本文采用指数型函数模拟土体粘聚力和内摩擦角的空间变异性。

3.算例

采用浙江省缙云县大洋镇方下坑山塘作为模型，对比边坡防渗处理前后边坡的安全系数。土性参数采用陈祖煜院士的土质边坡稳定分析中算例数据，孔隙水压力由山塘蓄水6米时渗流形成。防渗处理前，边坡土体参数的空间特性如下图所示。采用Bishop法计算边坡的安全系数为1.478。

4.结论

根据本文算例结果，增加粘土心墙和混凝土护脚可以将边坡的安全系数提高近9%，且最危险滑体体积也有较大缩减。考虑到实际防渗处理过程中劈裂灌浆、混凝土护坡等防渗处理，边坡的安全性将大幅度提高，对保证山塘下游农田灌溉和村民饮用水有很大意义。

参考文献：

[1]浙江省水利厅关于印发《浙江省山塘运行管理规程（试行）》等4项规程的通知：http：//www.zjwater.com/pages/document/125/document_978.htm.

[2]赖国燊.重点山塘除险加固工程管理探讨[J].建筑工程技术与设计，2015（8）.

[3]王孙龙，姜聪宇.杭州市小型水库、山塘除险加固项目建设管理现状及建议[J].建筑工程技术与设计，2016（7）.

[4]杨玉玲，文启凯，田长彦，等.土壤空间变异研究现状及展望[J].干旱区研究，2001，18（2）：50-55.

[5]WeeksWhite.SoilVariability：Characterizationandmodeling.ProbabilisticMethodsinGeotechnicalEngineeringAustralia，Feb，1993，111-120.

[6]闫澍旺，朱红霞，刘润.关于随机场理论在土工可靠度计算中应用的研究[J].岩土工程学报，2006，28（12）：2053–2059.

[7]FentonGA，DVGriffiths.Bearing-capacitypredictionofspatiallyrandomcφsoils[J].Canadiangeotechnicaljournal，2003，40（1）：54-65.

[8]FentonGA，DVGriffiths.Bearing-capacitypredictionofspatiallyrandomcφsoils[J].Canadiangeotechnicaljournal，2003，40（1）：54-65.

[9]LowBK，LacasseS，NadimF.Slopereliabilityanalysisaccountingforspatialvariation[J].Georisk，2007，1（4）：177-189.