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牛角坡大壩安全綜合評價報告

		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年02月05日
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湖南省赫山區(qū)     牛角坡水庫 小（2）型水庫
大壩安全綜合評價報告
（審定稿）

益陽市水利水電勘測設(shè)計研究院
二○一一年九月

設(shè)計單位：益陽市水利水電勘測設(shè)計研究院
設(shè)計證號：A143004514(水利行業(yè)乙級)
勘察證號: 181147-ky(巖土工程乙級)
院    長：賈鵬輝
總工程師：向新顏
審    查：莊  稼
項目負責：周益安
參加人員：張群武  周益安  劉巧南
陳躍清  陳  恒  黎  敏
 
目     錄
牛角坡水庫工程位置圖
牛角坡水庫樞紐平面布置圖
牛角坡水庫主要工程特性表
1、概述
1.1鑒定工作概況
1.2工程概況
2、現(xiàn)場安全檢查及存在的主要問題
2.1大壩
2.2泄水建筑物
2.3輸水建筑物
2.4其他附屬建筑物
2.5近壩庫岸
2.6結(jié)論
3、工程質(zhì)量評價
3.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件評價
3.2工程施工質(zhì)量復核與評價
3.3工程現(xiàn)狀質(zhì)量檢測與評價
3.4結(jié)論
4、大壩運行管理評價
4.1水庫大壩的管理機構(gòu)、體制及規(guī)章制度
4.2大壩運行
4.3大壩維修
4.4大壩安全監(jiān)測
4.5結(jié)論
5、防洪標準復核
5.1設(shè)計洪水復核
5.2調(diào)洪演算
5.3水庫抗洪能力復核
5.4結(jié)論
6、滲流安全評價
6.1壩體滲流安全評價
6.2其他建筑物滲流安全評價
6.3結(jié)論
7、結(jié)構(gòu)安全評價
7.1大壩結(jié)構(gòu)安全評價
7.2其他建筑物結(jié)構(gòu)安全評價
7.3結(jié)論
8、抗震安全復核
9、結(jié)論與建議
9.1結(jié)論
9.2建議
附圖
1、牛角坡水庫樞紐工程平面布置圖
2、牛角坡水庫大壩縱剖面圖
3、牛角坡水庫大壩橫斷面圖
4、牛角坡水庫溢洪道平面圖、縱剖面圖
5、牛角坡水庫涵管縱、橫剖面圖 
牛角坡水庫主要工程特性表
序號	指 標 名 稱	單位	原設(shè)計	本次復核	備   注
一	水文				
1	集雨面積	km2	0.56	0.56	
2	干流長度	km	0.82	0.82	
3	干流平均坡降	‰	33	33	
4	多年平均降雨量	mm	1482.7	1482.7	
5	P=5.0%時設(shè)計暴雨H24面	mm	220.6	220.6	
	P=0.5%時設(shè)計暴雨H24面	mm	336.0	336.0	
6	設(shè)計洪水標準及流量	m3/s	/	6.78	P=5.0%
	設(shè)計洪水總量	萬m3	/	10.8	
	校核洪水標準及流量	m3/s	/	10.84	P=0.5%
	校核洪水總量	萬m3	/	17.3	
					
二	水庫				
1	水庫水位				
	校核洪水位	m	149.17	149.10	P=0.5%
	設(shè)計洪水位	m	148.93	148.88	P=5%
	正常蓄水位	m	148.35	148.35	相對高程
	死水位	m	137.20	137.20	
2	正常蓄水位時水庫面積	畝	60	60	
3	庫容				
	總庫容（校核洪水位）	萬m3	12.12	11.98	
	正常蓄水位庫容	萬m3	11.64	11.54	
	死庫容	萬m3	0.75	0.75	
					
三	洪水最大下泄流量				
1	設(shè)計洪水位時最大泄量	m3/s	6.01	6.23	P=5.0%
2	校核洪水位時最大泄量	m3/s	10.24	10.53	P=0.5%
					
四	主要建筑物				
1	壩				
	型式		均質(zhì)土壩	均質(zhì)土壩	
	壩頂高程	m	149.80	149.80	
	最大壩高	m	15.50	15.50	
	壩頂寬	m	5.0	5.0	
	壩頂軸線長	m	80.0	80.0	
2	泄水建筑物				
	溢洪道型式		岸邊正槽式	岸邊正槽式	
	堰頂型式		矩形明渠	矩形明渠	
	進口地板高程	m	148.35	148.35	
	進口段凈寬	m	6.0	6.0	
	溢洪道全長	m	80.0	80.0	
	消能形式		無消能設(shè)施	無消能設(shè)施	
3	輸水建筑物				
（1）	輸水涵				
	輸水涵管		碑石箱涵	全線封堵	
	涵管全長	m	85.0	/	
	進口底高程	m	137.20	/	
	底板縱坡		1/210	/	
	內(nèi)孔尺寸	m	0.45×0.8	/	
					
五	工程效益				
1	灌溉面積	畝	600	600	
2	可養(yǎng)魚水面	畝	5	5	
3	防洪保護耕地面積	畝	/	4200	
4	影響人口數(shù)量	人	/	4500	
5	下游主要城鎮(zhèn)及交通干線情況				
	距重要城鎮(zhèn)距離	km	35	35	益陽市
		km	7.5	7.5	泥江口鎮(zhèn)
	距公路干線距離	km	20	20	S208
 
1、概述
1.1鑒定工作概況
1.1.1工作安排和進度
受項目法人委托，我院承接了牛角坡水庫大壩安全綜合評價工作，具體工作安排與進度見表1.1。
工作安排與進度表              表1.1
序號	時間	工作內(nèi)容	備注
1	2011.7.11	成立牛角坡水庫大壩安全論證工作小組	包括水文、地質(zhì)、水工等技術(shù)人員
2	2011.7.13	地形圖測量
實地踏勘
查閱有關(guān)歷史檔案資料	復核確認有關(guān)基本資料（如：F、L、J等）
3	2011.7.15	防洪安全復核	
4	2011.8.10	地質(zhì)勘察（外業(yè)）	
5	2011.8.15	現(xiàn)場安全檢查	
6	2011.8.20	提交地勘報告	
7	2011.8.25	復核滲流安全	在水文、地質(zhì)成果基礎(chǔ)上復核
8	2011.8.30	復核結(jié)構(gòu)安全	
9	2011.9.5	復核抗震安全、金屬結(jié)構(gòu)安全	
10	2011.9.10	編制完成《赫山區(qū)牛角坡水庫大壩安全綜合評價報告》	
1.1.2提供的成果報告
《赫山區(qū)牛角坡水庫大壩安全綜合評價報告》包括：現(xiàn)場安全檢查評價、工程質(zhì)量評價、大壩運行管理評價、防洪標準復核、滲流安全評價、結(jié)構(gòu)安全評價、抗震安全復核等。主要結(jié)論如下：工程質(zhì)量評價為不合格，大壩運行管理評價為差，防洪安全性評價為B級，滲流安全性評價為C級，結(jié)構(gòu)安全性評價為B級，根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》SL258-2000之大壩綜合評價方法，牛角坡水庫大壩評定為三類壩。益陽市水利局組織專家對安全鑒定成果進行了核查，確定牛角坡水庫大壩為三類壩。
1.2工程概況
1.2.1水庫工程位置
牛角坡水庫位于益陽市赫山區(qū)泥江口鎮(zhèn)高洞村，東徑112°16′、北緯28°25′，位于資水一級支流志溪河流域，大壩下游距泥江口20km,距省道S308線4km。
該水庫壩址以上控制集雨面積0.56km2，干流長度0.82km，干流平均坡降33‰，庫區(qū)風區(qū)長度為140m，水域平均水深為13m，多年汛期最大平均風速為12.0m/s。
1.2.2主要效益
牛角坡水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的?。?）型水利工程。
水庫設(shè)計總庫容12.12萬m3，正常庫容11.64萬m3，死庫容0.75萬m3，本次復核總庫容11.98萬m3；水庫設(shè)計灌溉面積600畝，受益人口1200人；水庫有可養(yǎng)魚水面5畝；水庫下游防洪保護面積4200畝，保護人口4500人。
1.2.3樞紐的主要建筑物及其特性參數(shù)
水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管等建筑物組成。
大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程149.80m(相對高程，以溢洪道控制段進口處底板控制點高程為148.35m，下同)，最大壩高15.50m，壩頂寬5.0m，壩頂軸線長80m。大壩上游從上往下坡比為1：2.6、1:2.0，上游高程142.30m設(shè)有一級平臺；大壩下游從上往下坡比為1：2.0、1:3.1、1:2.2，下游高程143.45m、138.20m處設(shè)平臺，平臺寬分別為3.0m、4.5m。
溢洪道位于大壩右岸山體，為岸邊正槽式，控制段為矩形明渠，控制段長12m，底板寬6m，進口底板高程148.35m；泄槽段長68m，底板寬6～4m?，F(xiàn)狀溢洪道未襯砌，經(jīng)多年運行，毀壞嚴重，陡坡段兩側(cè)無導墻，另外，溢洪道控制段兼做建筑物連接通道，影響泄洪。
輸水涵管距左壩端約27m處，凈尺寸為0.45×0.8m碑石箱涵，設(shè)計最大放水流量0.2m3/s，全長85m，進口底板高程為137.20m，底板縱坡1/210，現(xiàn)狀涵管四周滲漏嚴重。
1.2.4工程的簡要建設(shè)過程
牛角坡水庫始建于1954年6月，1958年12月竣工，壩頂高程149.80m，可蓄水量11.64萬m3，原設(shè)計灌溉面積600畝，現(xiàn)實際灌溉面積500畝。
牛角坡水庫由原益陽縣水電局設(shè)計并提供技術(shù)指導，由原巖子潭（公社）組織有關(guān)技術(shù)人員及當?shù)厝罕娺M行施工。水庫樞紐工程施工時就地取土、人工夯實，填筑土料多為兩岸山坡殘坡積物，大壩清基不徹底。
1.2.5工程存在的主要問題
（1）大壩壩基滲漏嚴重
壩體滲漏：大壩為均質(zhì)土壩，整體填筑質(zhì)量一般，其土體土主要為殘坡積土、粉質(zhì)粘土和礫質(zhì)重壤土組成，土體在長期的滲透水流作用下，結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞，透水性也較強；為中等透水層，滲透系數(shù)不滿足K＜1×10-4cm/s規(guī)范要求。大壩壩基泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖為中等風化程度，由于壩體填筑時對基礎(chǔ)清除不徹底，從而導致其巖體與填筑土體接觸不緊密，壩體與基巖接觸面形成接觸沖刷或接觸流失出現(xiàn)滲漏?，F(xiàn)場壓水試驗表明，大壩下伏強風化巖石的透水率較大，表層巖石透水率為11.3～16.2Lu，滲漏現(xiàn)象明顯。大壩兩岸山體出露基巖為石英砂巖，風化程度高，節(jié)理、裂隙發(fā)育好，巖石較破碎，通過現(xiàn)場壓水試驗查明，兩岸山體上部巖體透水率為13.3～18.2Lu，透水率較大，為中等透水帶，滲漏現(xiàn)象較為嚴重。
（2）泄洪設(shè)施配套不完善
溢洪道位于右壩端，為岸邊正槽式，控制段為矩形明渠，現(xiàn)狀溢洪道控制段未襯砌，經(jīng)多年運行，毀壞嚴重，影響泄洪；陡坡段兩側(cè)無導墻；出口無消能設(shè)施，另外，溢洪道控制段兼做建筑物連接通道，影響泄洪，危及大壩安全。
（3）輸水設(shè)施不滿足要求
輸水涵管為碑石箱涵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年運行已部分損壞脫落，部分條石錯位，造成涵管滲漏及堵塞嚴重，涵管周圍土體已經(jīng)空虛，四周滲漏嚴重，給大壩安全造成隱患。
（4）大壩壩腳無排水設(shè)施，滲透水流沖刷壩體帶走泥沙。
（5）防汛通道不滿足防汛管理要求
水庫現(xiàn)有建筑物連接通道長0.3km，其路面均為土質(zhì)路面，未做加固處理，經(jīng)多年運行，路面破壞嚴重，坑坑洼洼，無法滿足防汛物質(zhì)的及時調(diào)運，急需進行路面整修硬化，以利于水庫防汛及管理。
（6）大壩目前無任何觀測設(shè)施和設(shè)備，不滿足《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》SL60-94的要求。
（7）水庫管理所無值班室。
 
2、現(xiàn)場安全檢查及存在的主要問題
根據(jù)國務(wù)院頒發(fā)的《水庫大壩安全管理條例》和水利部頒發(fā)的《水庫大壩安全鑒定辦法》，益陽市水利局大壩安全鑒定領(lǐng)導小組組織益陽市水利局、益陽市水利水電勘測設(shè)計研究院、赫山區(qū)水利局、泥江口鎮(zhèn)水利管理站等有關(guān)單位的專家和工程技術(shù)人員于2011年8月15日對牛角坡水庫大壩進行了現(xiàn)場安全檢查，主要采用目測、現(xiàn)場測量、檢查運行管理單位記錄資料等方法進行現(xiàn)場安全檢查。
2.1大壩
大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程149.80m，最大壩高15.50m，壩頂寬5.0m，壩頂軸線長80m。大壩上游從上往下坡比為1：2.6、1:2.0，上游高程142.30m設(shè)有一級平臺；大壩下游從上往下坡比為1：2.0、1:3.1、1:2.2，下游高程143.45m、138.20m處設(shè)平臺，平臺寬分別為3.0m、4.5m。
該水庫大壩滲漏嚴重，下游壩坡腳多出逸出點逸出，滲漏量約每s18L，且滲漏水沖刷壩體，影響壩體穩(wěn)定。。大壩上游坡面原為草皮護坡，經(jīng)多年來的風吹浪打，導致壩坡土體被沖刷掏空，上游坡坑洼不平。大壩下游坡原有草皮護坡，部分已毀壞，導致壩體水土流失嚴重，部分甚至塌陷。
2.2泄水建筑物
溢洪道位于大壩右岸山體，為岸邊正槽式，控制段為矩形明渠，控制段長12m，底板寬6m,底板縱坡1/100，進口底板高程148.35m；泄槽段長68m，底板寬6～4m,底板縱坡1/4.4?，F(xiàn)狀溢洪道未襯砌，經(jīng)多年運行，毀壞嚴重，陡坡段兩側(cè)無導墻，另外，溢洪道控制段兼做建筑物連接通道，影響泄洪。
2.3輸水建筑物
現(xiàn)有輸水涵管結(jié)構(gòu)為三合土墓碑襯砌，距左壩端約27m處，凈尺寸為0.45×0.8 m碑石箱涵，設(shè)計最大放水流量0.2m3/s，全長85m，進口底板高程為137.20m，底板縱坡1/210。當庫水位較高時，沿涵滲漏較嚴重。
2.4其他附屬建筑物
大壩壩腳無排水設(shè)施，滲透水流沖刷壩體帶走泥沙。
水庫現(xiàn)有防汛通道路面為土質(zhì)路面，未做加固處理，經(jīng)多年運行，路面破壞嚴重，坑坑洼洼，防汛物質(zhì)難以調(diào)運。
大壩目前無任何安全監(jiān)測設(shè)施和設(shè)備，不滿足《土石安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》SL60-94的要求。
水庫無防汛值班室。
2.5近壩庫岸
水庫周圍植被覆蓋較好，庫盆兩岸無大的溪流，主要受上游匯水區(qū)降雨地表徑流的季節(jié)性補給，固體徑流來源較小，無大的淤積問題及滑坡、崩塌等庫岸穩(wěn)定問題。庫區(qū)地表分水嶺寬厚，無低矮鄰谷和埡口存在，封閉條件良好，因此，不存在庫區(qū)滲漏問題。
2.6結(jié)論
現(xiàn)場安全檢查表明，大壩存在壩體、壩基滲漏。其次，現(xiàn)狀溢洪道未襯砌，經(jīng)多年運行，毀壞嚴重，陡坡段兩側(cè)無導墻，不能安全泄洪。另外輸水涵管為三合泥砌條石箱涵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過年運行，老化逐年加劇，導致管周滲漏嚴重。
根據(jù)檢查所發(fā)現(xiàn)的問題，嚴重影響牛角坡水庫大壩的安全運行，根據(jù)《大壩安全鑒定辦法》的有關(guān)規(guī)定，專家組確定牛角坡水庫大壩為三類壩。
 
3、工程質(zhì)量評價
3.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件評價
3.1.1前言
為配合牛角坡水庫安全鑒定工作，受益陽市赫山區(qū)水利局委托，我院于2011年8月10日至2011年8月20日對水庫大壩及建筑物進行了安全鑒定階段地質(zhì)勘察，并編寫了本階段工程地質(zhì)勘察報告。主要目的是查明壩址、壩體及兩岸山體的工程地質(zhì)情況，找出滲漏原因及影響壩體安全的不利因素，獲取壩基及兩岸巖層的各項物理指標，提出設(shè)計所需的有關(guān)地質(zhì)參數(shù)，為大壩的安全鑒定提供必需的地質(zhì)依據(jù)。
本次勘察共鉆孔4個，最大孔深30.0m最小孔深6.0m，總進尺83m。所完成的勘探試驗工作量見表3-1。
                      完成工作量一覽表               表3-1
序號	項目名稱	單位	數(shù)量
1	1：1000地質(zhì)平面測繪	km2	1
2	庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查	工日	2
3	鉆孔	m/孔	83/4
4	取原狀土(巖)樣	組	12
5	壓水試驗	段/孔	8/4
6	注水試驗	段/孔	12/4
3.1.2壩區(qū)地形地貌
水庫壩區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，壩端兩岸山頂高程一般為120～160m，庫底寬緩，兩岸地形較為對稱，左岸山坡角45～65°，右岸山坡角40～60°。壩址區(qū)巖層產(chǎn)狀15～25°∠20～50°。壩址區(qū)未見有滑坡、崩塌等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然山坡較穩(wěn)定。
3.1.３地層巖性
庫區(qū)出露地層主要為第四系覆蓋層和元古界板溪群（Pt）巖層。由新到老分述如下：
（1）第四系覆蓋層
①人工填土（Qs）：紅褐色，以殘坡積土為主，主要由粉質(zhì)粘土、粘土、粘土夾沙、砂卵石組成，沙為粗砂，卵石直徑約3mm-8mm，極為疏松。為壩體人工填筑土，分部不均勻，物理力學性質(zhì)差異較大。
②沖積堆積（Q4al）：主要為粉質(zhì)粘土層夾少量砂卵礫石，黃褐色，含黑色鐵錳質(zhì)結(jié)核。結(jié)構(gòu)較密實，含水量較低，可-硬塑狀。分布較均勻，物理力學性質(zhì)差別不大。
③殘坡積土（Qedl ）：黃褐色、紅褐色，為砂質(zhì)板巖的風化產(chǎn)物，主要以礫質(zhì)粘土為主，局部呈粘土狀，結(jié)構(gòu)較緊密，分布較廣。
（2）元古界板溪群（Pt）巖層
元古界板溪群巖層在該區(qū)域分布較廣泛，壩區(qū)出露地層為主要為泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖，黃色、黃褐色，呈厚層塊狀，兩岸山體風化程度較高，巖石節(jié)理、裂隙較發(fā)育。
3.1.４地質(zhì)構(gòu)造
壩區(qū)位于雪峰山弧形構(gòu)造東北轉(zhuǎn)折端，受其影響，區(qū)域內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育，但運動年代久遠，早已穩(wěn)定，區(qū)內(nèi)無新的構(gòu)造活動，相對穩(wěn)定。
根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（1:400萬）》（GB18306-2001），工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，場地地震基本烈度為Ⅵ度，屬相對穩(wěn)定地區(qū)。區(qū)內(nèi)未見大的斷裂或活動斷裂通過，區(qū)域穩(wěn)定性較好。
3.1.５水文地質(zhì)條件
壩區(qū)地下水主要為第四系松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水，為簡單型水文地質(zhì)條件。
基巖裂隙水儲存運移于基巖裂隙中，接受大氣降水、地表水、上部松散堆積層孔隙水補給，向相對低洼處排匯，水量較貧乏。松散堆積層孔隙水儲存運移于第四系松散堆積層孔隙中，接受大氣降水及地表水補給，并與地表水呈季節(jié)性互補關(guān)系，富水性、水位變化、排泄條件受堆積物孔隙度、周邊地表水體等多種因素制約。地下水對構(gòu)筑物鋼筋砼無腐蝕作用。本次勘探對壩基及兩岸山體基巖進行了壓水試驗共計10段/5孔、壩體注水試驗12段/4孔，試驗成果見表3-2、表3-3。
根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287-99附錄J巖土滲漏分級標準，按滲透試驗K值和透水率q值進行分級，將該壩區(qū)分為兩個透水帶：
①中等透水帶：主要為部分壩體填筑土、兩岸山體殘坡積層，該區(qū)風化剝蝕現(xiàn)象較嚴重，巖土體密實度低，呈中等透水性。
②相對不透水帶：主要為弱～微風化巖體中。

注水試驗成果                表3-2
鉆孔編號	試驗深度(m)	試驗段長(m)	試段高程(m)	P－Q曲線	透水率(Lu)	巖芯采取率
						
ZK1	15.5～20.5	5.0	134.3～129.3	B	18.2	80%
	20.5～24.5	4.0	129.3～125.3	B	8.6	85%
ZK2	11.5～16.5	5.0	138.3～135.3	B	13.6	79%
	16.5～20.5	4.0	135.3～131.3	B	8.2	86%
ZK3	10.5～15.5	5.0	139.3～134.3	B	13.4	80%
	15.5～19.5	4.0	134.3～130.3	B	5.7	86%
ZK4	9.5～14.5	5.0	140.3～135.3	B	13.3	84%
	14.5～18.5	4.0	135.3～131.3	B	6.9	85%

壓水試驗成果                 表3-3
鉆孔編號	試驗深度（m）	試驗段長（m）	試段高程（m）	試驗方法	滲透系數(shù)（cm/s）
					
ZK1	1.5～3.9	2.4	148.3～145.9	鉆孔常水頭注水試驗	3.4×10-4
	4.8～7.0	2.2	145～142.8		6.5×10-4
	7.5～10.6	3.1	142.3～139.2		3.8×10-4
	11～14.0	3.0	138.8～135.8		6.8×10-4
ZK2	1.5～3.8	2.3	148.3～146		9.2×10-4
	4.6～6.9	2.3	145.2～142.9		5.5×10-4
	7.5～10.6	3.1	142.3～139.2		6.2×10-4
ZK3	2.0～4.5	2.5	147.9～145.4		2.9×10-4
	5.0～7.0	2.0	144.9～142.9		6.5×10-4
	7.5～10.5	3.0	142.4～139.4		6.8×10-4
ZK4	1.5～3.5	2.0	142～140		3.6×10-4
	4.5～7.8	2.3	139～135.7		6.8×10-4
3.1.6工程地質(zhì)條件評價
根據(jù)鉆孔資料，大壩為均質(zhì)土壩，整體填筑質(zhì)量一般，透水性較強；為中等透水層；大壩壩基泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖風化程度較強，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，由于壩體填筑時對基礎(chǔ)清除不徹底。大壩存在壩體和壩基滲漏問題。
3.2工程施工質(zhì)量復核與評價
（1）	大壩
大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程149.80m，最大壩高15.50m，壩頂寬5.0m，壩頂軸線長80.0m。
大壩整體填筑質(zhì)量一般，其施工方法是采用木夯和石夯實，壩體填筑土料主要來源于附近山坡，為碎屑巖風化后的殘坡積物，成分以含少量礫的粉質(zhì)粘土和礫質(zhì)重壤土為主，土體中雜質(zhì)含量高，土料均一性差，填土性質(zhì)不均一，孔隙率較大，透水性較強，導致大壩滲漏；大壩清基時未徹底，未進行深層開挖，且未對接觸帶部位進行防滲處理，導致上部壩體與壩基接觸不甚緊密，容易形成滲漏通道，整體工程質(zhì)量較差。
（2）其他建筑物
溢洪道位于大壩左壩端山體，型式為岸邊正槽式，溢洪道底板及兩側(cè)基底均為基巖。進口段為為上壩公路，控制段坡角較陡，邊坡穩(wěn)定性及抗沖刷能力差，且長年失修，嚴重沖毀變形，且淤積嚴重，雜草叢生。影響大壩安全泄洪。
涵管為三合泥砌條石箱涵結(jié)構(gòu)，涵管基礎(chǔ)為基巖，受當時物質(zhì)條件限制，塊石易風化，砂漿的拌制質(zhì)量較差，經(jīng)過幾十年的運行，構(gòu)成涵管的條石中之間砂漿經(jīng)過多年運行已部分損壞脫落，部分條石錯位，造成涵管滲漏及堵塞嚴重，涵管周圍土體已經(jīng)空虛，存在滲漏通道，當庫水位較高時，沿涵滲漏較嚴重。
3.3工程現(xiàn)狀質(zhì)量檢測與評價
（1）大壩滲漏嚴重
水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩體填筑土料主要來源于附近山坡，為碎屑巖風化后的殘坡積物，成分以含少量礫的粉質(zhì)粘土和礫質(zhì)重壤土為主，土體中雜質(zhì)含量高，土料均一性差，填土性質(zhì)不均一，孔隙率較大，透水性較強，導致大壩滲漏。通過現(xiàn)場注水試驗，填土滲透系數(shù)值為7.2×10-4～7.4×10-4cm/s，滲透系數(shù)不滿足K＜1×10-5cm/s規(guī)范要求。
大壩壩基泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖為中等風化程度，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，由于壩體填筑時對基礎(chǔ)清除不徹底，從而導致其巖體與填筑土體接觸不緊密，當庫水位較高時，壩體與基巖接觸面形成接觸沖刷或接觸流失出現(xiàn)滲漏?，F(xiàn)場壓水試驗表明，大壩下伏強風化巖石的透水率較大，表層巖石透水率為11.3～16.2Lu，滲漏現(xiàn)象明顯。
大壩兩岸山體出露基巖為石英砂巖，山體外觀為山舌狀，向河床延伸較遠，長期在水的作用下，風化程度高，節(jié)理、裂隙發(fā)育好，巖石較破碎，通過現(xiàn)場壓水試驗查明，兩岸山體上部巖體透水率為13.3～18.2Lu，透水率較大，為中等透水帶，滲漏現(xiàn)象較為嚴重。
大壩各區(qū)物理力學性質(zhì)指標推薦值見表3-4。
（2）其他建筑物
溢洪道位于大壩左壩端山體，型式為岸邊正槽式，溢洪道底板及兩側(cè)基底均為基巖。進口段為為上壩公路，控制段坡角較陡，邊坡穩(wěn)定性及抗沖刷能力差，且長年失修，嚴重沖毀變形，且淤積嚴重，雜草叢生。影響大壩安全泄洪。
涵管為三合泥砌條石箱涵結(jié)構(gòu)，涵管基礎(chǔ)為基巖，受當時物質(zhì)條件限制，塊石易風化，砂漿的拌制質(zhì)量較差，經(jīng)過幾十年的運行，構(gòu)成涵管的條石中之間砂漿經(jīng)過多年運行已部分損壞脫落，部分條石錯位，造成涵管滲漏及堵塞嚴重，涵管周圍土體已經(jīng)空虛，存在滲漏通道，當庫水位較高時，沿涵滲漏較嚴重。
3.4結(jié)論
（1）牛角坡水庫位于雪峰山脈東北轉(zhuǎn)折端，屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。從區(qū)域地質(zhì)上看，庫區(qū)大體位于新華夏系雪峰弧形構(gòu)造北段向東偏轉(zhuǎn)部位末端附近，兩岸植被覆蓋良好。壩址區(qū)未見有滑坡、崩塌等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然山坡較穩(wěn)定。
（2）工程區(qū)范圍內(nèi)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，場地地震基本烈度為Ⅵ度。
（3）水庫存在壩體和壩基滲漏等工程地質(zhì)問題，建議對大壩進行防滲處理；對溢洪道進行整修加固；封堵輸水涵，新開輸水隧洞。
（4）在下階段除險加固初步設(shè)計時，應(yīng)補充適當?shù)牡乜迸c試驗工作，詳細查明大壩及附屬建筑物的地質(zhì)情況，復核本階段相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，對天然建筑材料等進行詳細調(diào)查。
綜上，牛角坡水庫大壩工程質(zhì)量評價為：不合格。 
 
                                工程區(qū)巖土物理力學指標建議值表                     表3-4
土

類	含
水
率
W
(%)	濕
密
度
ρ
(g/cm3)	干
密
度
ρs
(g/cm3)	孔
隙
比
e	比

重
Gs	液
限
WL
(%)	塑
限
Wp
(%)	液
性
指
數(shù)
IL	塑
性
指
數(shù)
Ip	壓縮
系數(shù)
αv1-2
(Mpa-1)	壓縮
模量

(MPa)	內(nèi)摩
擦角
φ(°)	凝聚
力C
KPa	垂直
滲透
系數(shù)
kv
(cm/s)	水平
滲透
系數(shù)
kH
(cm/s)	允許
滲透
坡降
（流土）	允許承載力
												Cq	s	Cq	s				
壩體填土	32.5	1.78	1.34	1.02	2.73	42.1	23.0	0.48	19.1	0.625	3.86	16.6	17.2	18.5	17.5	7.2×10-4	7.4×10-4	0.5	/
泥質(zhì)頁巖       夾變板巖	強風化中厚層狀泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖	密度r=2.60g/cm3  飽和抗壓強度Rc=18～22MPa   抗剪：f=0.50  
抗剪斷：f’=0.60  c’=0.01MPa      fk=800kpa
	弱風化中厚層狀泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖

（Pt）
泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖（Pt）	密度r=2.70g/cm3  飽和抗壓強度Rc=26～34MPa   抗剪：f=0.58 
抗剪斷：f’=0.75  c’=0.2～0.3MPa  fk=1500kpa
說明：此表中各力學指標平均值均為土的室內(nèi)試驗成果的算術(shù)平均值。 
4、大壩運行管理評價
4.1水庫大壩的管理機構(gòu)、體制及規(guī)章制度
牛角坡水庫自建成后即由赫山區(qū)泥江口鎮(zhèn)水利管理站管理，無專職管理人員，而是聘請附近居民代為管理。
水庫無防汛值班室和防汛物質(zhì)倉庫等，無法滿足水庫正常管理及防汛工作的需要，影響水庫防汛工作。
另外，牛角坡水庫現(xiàn)有防汛調(diào)度及搶險條件差，無水文測報及安全監(jiān)測設(shè)施。
4.2大壩運行
牛角坡水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管等建筑物組成。該水庫始建于1954年6月，1958年12月竣工蓄水，水庫由原益陽縣水電局設(shè)計并提供技術(shù)指導，由原巖子潭（公社）組織有關(guān)技術(shù)人員及當?shù)厝罕娺M行施工。水庫樞紐工程施工時就地取土、人工夯實，填筑土料多為兩岸山坡殘坡積物，大壩清基不徹底。
2003汛期水庫高水位時壩腳發(fā)現(xiàn)細泥沙隨水流出，并逐年加劇。
2008年汛期低位輸水涵出現(xiàn)管涌現(xiàn)象。
溢洪道未配套加固，1989年垮塌，至今一直未進行加固維修，水庫一直控蓄運行。
當水庫水位達148.00m時，發(fā)現(xiàn)下游壩坡腳多出逸出點逸出，且滲漏量較大。
4.3大壩維修
水庫運行以來，沒有對水庫過行過大的維修，只是做了一些小范圍的應(yīng)急處除處理。 因資金困難，水庫出現(xiàn)的其他險情均未得到有效根治，近年來一直控蓄運行。
4.4大壩安全監(jiān)測
由于該水庫屬?。?）型水庫，沒有設(shè)立資料庫，加上管理人員經(jīng)常變動，經(jīng)費緊張，到目前為止，大壩安全監(jiān)測方面無任何觀測設(shè)施和設(shè)備，不滿足《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》SL60-94的要求。
4.5結(jié)論
（1）牛角坡水庫制定了水庫管理規(guī)章制度及年度工作計劃，基本按審定的年度防洪及調(diào)度計劃合理運用，但缺乏水文測報。
（2）大壩曾針對嚴重險情進行過針對性加固處理，但受資金限制，部分問題未得到根治，目前水庫仍存在著壩基滲漏、輸水設(shè)施滲漏、溢洪道破壞等問題。
（3）大壩安全監(jiān)測方面無任何觀測設(shè)備設(shè)施，都是憑外表觀察，不利于問題的及時發(fā)現(xiàn)。
綜上，牛角坡水庫大壩運行管理評價為：差。
 
5、防洪標準復核
5.1設(shè)計洪水復核
5.1.1工程等級及洪水標準
牛角坡水庫設(shè)計總庫容12.12萬m3（本次復核值），正常庫容10.50萬m3，水庫原設(shè)計灌溉面積600畝，現(xiàn)實際灌溉面積500畝。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000和《防洪標準》GB50201-94的有關(guān)規(guī)定，確定牛角坡水庫為?。?）型水庫，屬Ⅴ等工程，主要建筑物級別為5級。
牛角坡水庫位于低山丘陵區(qū)，水庫大壩為均質(zhì)土壩，遵照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000和《防洪標準》GB50201-94的有關(guān)規(guī)定，此次復核確定其防洪標準為：20年一遇設(shè)計，200年一遇校核。
5.1.2基本資料
牛角坡水庫位于湖南省益陽市赫山區(qū)泥江口鎮(zhèn)高洞村，居東徑112°16′、北緯28°25′，屬資江一級支流志溪河流域。水庫壩址控制集雨面積0.56km2，壩址以上干流長度0.82km，干流平均坡降為33‰。庫區(qū)內(nèi)多為低山丘陵地帶，地表植被覆蓋一般。流域內(nèi)無大的水利工程，該水庫無外引面積。
牛角坡水庫缺乏完整的、長系列的水文實測資料，故本次洪水復核參照《湖南省暴雨洪水查算手冊》（1984年9月出版，以下簡稱《查算手冊》）的方法推算。
5.1.3設(shè)計暴雨
牛角坡水庫壩址控制集雨面積為0.56km2，小于500km2，符合《查算手冊》的適應(yīng)范圍。
根據(jù)牛角坡水庫所處地理位置和控制集雨面積，查《查算手冊》圖三得流域中心H24點均=112mm，由圖四查得變差系數(shù)Cv=0.49，由設(shè)計頻率p及Cv=0.49查表(二)得Kp=5.0%=1.97、Kp=0.5%=3.00。則20年一遇點雨量為112×1.97=220.6mm，200年一遇點雨量為112×3.00=336.0mm。
由《查算手冊》圖一知該流域?qū)俦┯暌恢聟^(qū)第7區(qū)。根據(jù)本水庫集雨面積為0.56km2，在10 km2以內(nèi)，可視為設(shè)計點雨量已籠罩水庫集雨面積，不必進行點、面的轉(zhuǎn)換，點、面雨量折算系數(shù)α取1，則20年一遇面雨量為220.6mm，200年一遇面雨量為336.0mm。其它有關(guān)參數(shù)的查算結(jié)果見表5.1.3。
 
牛角坡水庫設(shè)計暴雨參數(shù)
表5.1.3
項  目	單 位	P=5%	P=0.5%	備  注
Kp		1.97	3.00	1、集雨面積F=0.56km2
2、統(tǒng)計參數(shù)
H24點均=112mm
Cv=0.49
Cs=1.715
3、點面關(guān)系系數(shù)α=1
4、降雨初損
I0=27mm
H24點	mm	220.6	336.0	
H24面	mm	220.6	336.0	
n2		0.665	0.610	
n3		0.723	0.696	
H1	mm	82.5	109.6	
H3	mm	119.1	168.2	
H6	mm	150.3	220.5	
H12	mm	182.1	272.2	
H3- H1	mm	36.7	58.6	
H6-H3	mm	31.1	52.2	
H12-H6	mm	31.8	51.7	
H24-H12	mm	38.5	63.8	
R總	mm	193.6	309.0	
ψ		0.75	0.80	
R上	mm	145.2	247.2	
5.1.4設(shè)計洪峰流量
牛角坡水庫壩址控制集雨面積0.56km2，壩址以上干流長度0.82km，干流平均坡降33‰。根據(jù)牛角坡水庫庫區(qū)的地理位置查《查算手冊》，屬產(chǎn)流分區(qū)第Ⅱ區(qū)，降雨初損為27mm。利用推理公式求得牛角坡水庫二十年一遇的地面洪峰流量為6.7m3/s，二百年一遇的地面洪峰流量為10.7m3/s，其它有關(guān)參數(shù)見表5.1.4。

牛角坡水庫設(shè)計洪水參數(shù)
表5.1.4
項   目	單   位	P=5%	P=0.5%
θ		2.96	2.96
m		0.246	0.246
τ	h	1.80	1.60
Q上m	m3/s	6.7	10.7
∑Q上i	m3/s	22.6	38.5
Q上m /∑Q上i		0.295	0.278
Q下m	m3/s	0.54	0.69
ΔQ下	m3/s	0.04	0.05
W	104m3	10.8	17.3
5.1.5入庫洪水過程線
參照《查算手冊》，牛角坡水庫的地面徑流過程采用徑流分配系數(shù)法進行分配，地下徑流過程采用三角形分配法進行分配，由此求得的入庫洪水過程見表5.1.5及圖5.1.5。
	
 
牛角坡水庫入庫流量過程
表5.1.5
Δt（h）	Q（m3/s）		Δt（h）	Q（m3/s）
	P=5%	P=0.5%			P=5%	P=0.5%
0	0.04	0.05		13	0.54	0.69
1	4.50	7.48		14	0.50	0.64
2	6.78	10.84		15	0.46	0.59
3	3.56	6.04		16	0.42	0.54
4	2.27	3.94		17	0.38	0.49
5	1.83	3.18		18	0.35	0.44
6	1.53	2.61		19	0.31	0.39
7	1.35	2.24		20	0.27	0.34
8	1.14	1.86		21	0.23	0.29
9	0.95	1.53		22	0.19	0.25
10	0.83	1.27		23	0.15	0.20
11	0.73	1.09		24	0.12	0.15
12	0.57	0.79		…	…	…
5.2調(diào)洪演算
5.2.1調(diào)洪計算的基本原則
根據(jù)牛角坡水庫的具體實際情況，溢洪道進口控制段為矩形明渠，進口控制寬度為6.0m，進口底板高程148.35m，底板縱坡1.0%，根據(jù)該實際情況對水庫進行調(diào)洪演算，此時仍以正常蓄水位148.35m起調(diào)。此次調(diào)洪計算的基本原則：在不改變該水庫原設(shè)計規(guī)模的基礎(chǔ)上進行調(diào)洪，故本次調(diào)洪計算以正常蓄水位148.35m起調(diào)，當溢洪道的泄流量小于入庫洪水流量時，庫水位上漲滯洪，溢洪道的泄流量等于入庫流量時，庫水位達到該次洪水過程之最高位，隨后庫水位逐漸回落至起調(diào)水位。同時，為水庫的安全起見，其它輸水設(shè)施不參與泄洪。
5.2.2調(diào)洪計算的基本方程
根據(jù)水量平衡原理，調(diào)洪計算的基本方程為：
(Q1＋Q2) Δt /2－( q1＋q2) Δt /2= V2－V1=ΔV
式中：Q1、Q2——時段Δt始末入庫流量，單位：m3/s
q1、q2——時段Δt始末出庫流量，單位：m3/s
V1、V2——時段Δt始末水庫蓄水量，單位：m3/s
Δt——計算時段，單位：s
5.2.3調(diào)洪計算的基本資料
（1）入庫流量的基本資料
牛角坡水庫沒有進行入庫流量觀測，因此其入庫流量過程只能參照《查算手冊》推算，詳見“5.1.5入庫洪水過程線”。
（2）庫容曲線
此次調(diào)洪計算采用水庫管理所提供的庫容曲線，水庫水位～庫容關(guān)系見圖5.2.3-1。
（3）泄流曲線
牛角坡水庫溢洪道進口控制段為矩形明渠，進口控制寬度為6.0m，進口底板高程148.35m，底板縱坡1.0%。參照《溢洪道設(shè)計規(guī)范》SL253-2000的有關(guān)規(guī)定，泄流量按近似明渠均勻流進行計算：
           
式中：A  ——過水斷面積，m2
C ——謝才系數(shù)
R ——水力半徑，m
x ——濕周，m
i ——渠底縱坡，取i=0.010
n ——按SL253-2000表A.7確定，本次取n=0.025。
利用上式求得庫水位與溢洪道泄流量的關(guān)系如表5.2.3及圖5.2.3-2。
庫水位～下泄流量曲線
表5.2.3
庫水位(m)	148.35	148.45	148.55	148.65	148.75	148.85	148.95	149.05
下泄流量(m3/s)	0	0.39	1.15	2.18	3.44	4.79	6.29	7.92
庫水位(m)	149.15	149.25	149.35	149.45	149.55	149.65	149.75	149.80
下泄流量(m3/s)	9.79	11.64	13.60	15.78	18.05	20.41	22.69	23.93

5.2.4調(diào)洪計算的方法和結(jié)果
根據(jù)調(diào)洪計算的基本原則和基本資料，利用調(diào)洪計算的基本方程，采用試算法進行調(diào)洪計算，詳見表5.2.4。
防洪水位復核表
   表5.2.4
頻率P（%）	5	0.5
最高水位Z(m)	148.93	149.17
相應(yīng)庫容V(×104m3)	11.64	12.12
相應(yīng)泄量q(m3/s)	6.01	10.24
5.3水庫抗洪能力復核
5.3.1壩頂高程復核
根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001，水庫大壩的頂部高程，等于水庫在不同運行情況下的靜水位與相應(yīng)的超高之和，取相應(yīng)組合的最大值為水庫大壩的頂部高程。
壩頂超高y參照SL274-2001計算：
Y=R+e+A 
式中：R—最大波浪在壩坡上的爬高，m，可按SL274-2001附錄A計算（詳情附后）。
e—最大風壅水面高度，m，可按SL274-2001附錄A計算。
A—安全加高，m，根據(jù)SL274-2001中表5.3.1確定為：設(shè)計情況取A=0.5m，校核情況取A=0.3m。
①波浪要素的計算：
 
 
 
式中：hm—平均波高，m
W—設(shè)計風速，多年汛期最大風速平均值為12.0m/s，設(shè)計情況取W=1.5×12.0=18.0m/s，校核情況取W=12.0m/s；
D—風區(qū)長度，根據(jù)庫區(qū)地形圖可知D=140m；
Hm—水域平均水深，取Hm=13m；
Tm—平均波周期，s
Lm—平均波長，m
g—重力加速度，取g=9.81m/s2
②設(shè)計波浪爬高Rp的計算：
因為m=2.6∈(1.5～5.0)，所以設(shè)計波浪爬高按下式計算：
 
式中：Kp—累積頻率換算系數(shù)，按SL274-2001表A.1.13確定，本次取Kp=1.84。
KΔ—斜坡的糙率滲透性系數(shù)，按SL274-2001表A.1.12-1確定，取KΔ=0.85。
Kw—經(jīng)驗系數(shù)，按SL274-2001表A.1.12-2確定。
③風壅水面高度e的計算：
 
式中：K—綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6。
β—計算風向與壩軸線法線的夾角，本次取β=0°。
壩頂超高計算成果見表5.3.1。
依據(jù)規(guī)范計算得其大壩頂部要求最低高程為149.80，與該水庫現(xiàn)有壩頂高程149.80m基本持平，故該水庫大壩現(xiàn)狀的抗洪能力滿足規(guī)范要求。
牛角坡水庫大壩頂部要求最低高程
表5.3.1
項目名稱	單  位	P=5%	P=0.5%
最大波浪爬高R	m	0.365	0.227
最大風壅水面高度e	m	0.001	0.0003
安全加高A	m	0.5	0.3
壩頂超高Y	m	0.866	0.527
相應(yīng)頻率下最高水位Z	m	148.93	149.17
大壩頂部要求最低高程	m	149.80	149.70
5.3.2泄洪安全性復核
溢洪道為岸邊正槽式，位于大壩右岸山體上，控制段底板高程148.35m，寬6.0m，縱坡1.0％，溢洪道兩側(cè)導墻及底板均未襯砌；溢洪道控制段導墻兩側(cè)均為自然山體，頂部高程滿足《溢洪道設(shè)計規(guī)范》要求的最低高程149.47m（校核洪水位149.17m+安全超高0.3m）。因此，牛角坡水庫溢洪道控制段現(xiàn)狀導墻頂部高程滿足防洪要求；另外，該溢洪道無泄槽段，無消能設(shè)施。
牛角坡水庫防洪保護耕地面積0.42萬畝，下游影響人口數(shù)量0.45萬人，距泥江口鎮(zhèn)6km，距益陽市區(qū)35km，距S308公路20km，距縣道（X127）5公里。水庫一旦潰壩，勢必沖毀下游保護區(qū)內(nèi)耕地，威脅下游居民的生命財產(chǎn)安全，給當?shù)厣鐣敖?jīng)濟造成不可估量的損失。
5.4結(jié)論
（1）根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，本次復核確定牛角坡水庫大壩防洪標準為：20年一遇設(shè)計，200年一遇校核。
（2）根據(jù)壩頂高程計算成果，水庫大壩的實際抗洪能力滿足國家現(xiàn)行規(guī)范要求。
（3）該水庫雖設(shè)有溢洪道，但溢洪道兩側(cè)導墻及底板未采取任何襯砌措施，兩岸土體垮塌嚴重且無泄槽段，無消能設(shè)施，不能按設(shè)計洪水要求安全下泄。
根據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評價導則》，該水庫大壩防洪安全性被評定為B級。

6、滲流安全評價
6.1壩體滲流安全評價
6.1.1滲流計算斷面的選取
根據(jù)前面的地質(zhì)勘探工作、室內(nèi)土工實驗、大壩建設(shè)和運行情況，本次壩體滲流計算分析選擇大壩的最大橫斷面，做二維有限元滲流計算分析，大壩斷面圖見圖6-1。
6.1.2滲透分區(qū)及指標的確定
本次計算分析斷面的滲透分區(qū)是根據(jù)地質(zhì)勘測的結(jié)果，按照現(xiàn)場所取原狀土樣的室內(nèi)土工實驗和鉆孔柱狀圖，綜合大壩建設(shè)和運行管理情況，并參照其他工程的經(jīng)驗，將大壩滲流計算斷面分成2個滲透分區(qū)，即粘土斜墻部分（Ⅰ區(qū)）和堆石體部分（Ⅱ區(qū)）。滲透分區(qū)見圖6-1，粘土斜墻區(qū)材料的水平、垂直滲透系數(shù)見表6-1。
6.1.3計算程序簡要說明
本次壩體滲流計算分析采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的《滲流分析軟件V5.5》滲流計算程序，該程序為二維有限元滲流計算程序，采用了滲流理論和有限元方法直接求解，可用于土石壩的滲流計算分析。目前已在國內(nèi)數(shù)十座大、中型水庫大壩的滲流計算分析中運用，得到國內(nèi)專家的肯定。該程序編制依據(jù)為：
（1）《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286-98；
（2）《滲流計算原理及應(yīng)用》 顧慰慈 編著，中國建材工業(yè)出版社 2000.08；
（3）《土工原理與計算》（第二版）河海大學 錢家歡  殷宗澤 主編，中國水電出版社 1996.05；
（4）《滲流數(shù)值計算與程序應(yīng)用》 毛昶熙  段祥寶  李祖貽 主編，河海大學出版社 1999.01；
（5）《有限單元法原理與應(yīng)用》（第二版） 朱伯芳  編著，中國水利水電出版社 1998.10。
6.1.4滲流計算結(jié)果
6.1.4.1滲流計算工況的選擇
根據(jù)《碾壓式土工壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001第8.1.2條規(guī)定：滲流計算時應(yīng)考慮水庫運行中的不利條件。本次滲流計算分析按以下工況進行：
（1）上游正常蓄水位與下游相應(yīng)無水；
（2）上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)無水；
（3）上游校核洪水位與下游相應(yīng)無水；
（4）庫水位快速降落時，對上游壩坡穩(wěn)定不利的情況。
6.1.4.2穩(wěn)定滲流計算結(jié)果
本次穩(wěn)定滲流計算工況為前述的三種工況，各工況下的計算結(jié)果如下：
（1）正常蓄水位情況：上游庫水位148.35m，相應(yīng)下游無水時，壩體浸潤線見表6-2，壩體滲透運行情況見圖6-2，圖中浸潤線以大壩上游壩腳為坐標原點，下同。
（2）設(shè)計洪水位情況：上游庫水位148.88m，相應(yīng)下游無水時，壩體浸潤線見表6-3，壩體滲流運行情況見圖6-3。
（3）校核洪水位情況：上游庫水位149.10m，相應(yīng)下游無水時，壩體浸潤線見表6-4，壩體滲流運行情況見圖6-4。
大壩下游坡滲流出逸面上最大滲透坡降值見表6-9。
6.1.4.3非穩(wěn)定滲流計算結(jié)果
（1）庫水位快速降落時段的確定
本次庫水位快速降落過程的確定中，作了如下假定：庫水位從正常蓄水位148.35m一直降落至水位137.20m，在此期間無入庫流量，即庫水位不出現(xiàn)回漲現(xiàn)象，大壩輸水涵管一直以相應(yīng)庫水位的最大流量運行，這基本上是牛角坡水庫最不利的庫水位降落過程。由庫水位～庫容關(guān)系曲線、大壩輸水涵管以相應(yīng)庫水位的最大流量運行情況，計算和確定了庫水位快速降落曲線（見圖6-5），并由此將非穩(wěn)定滲流計算時段劃分為三個時段，時段劃分情況見表6-5。
（2）非穩(wěn)定滲流計算結(jié)果
各時段的滲流計算結(jié)果如下：
①第一降落時段：庫水位由正常蓄水位148.35m降落至145.00m，下游無水時，壩體浸潤線見表6-6，壩體滲流情況見圖6-6。
②第二降落時段：庫水位由145.00m降落至142.00m，下游相應(yīng)無水時，壩體浸潤線見表6-7，壩體滲流運行情況見圖6-7。
③第三降落時段：庫水位由142.00m降落至137.20m，下游相應(yīng)無水時，壩體浸潤線見表6-8，壩體滲流運行情況見圖6-8。
大壩上游坡面最大滲透坡降值見表6-9。
6.1.5小結(jié)
根據(jù)武漢水利電力大學編寫的《土力學》以及天津大學編寫的《水工建筑物（第二版）》中有關(guān)“土的滲透變形”的章節(jié)可知：滲透變形包括流土和管涌兩種基本型式，流土發(fā)生于滲流出逸處而不發(fā)生于土體內(nèi)部，管涌發(fā)生的部位可在滲流出逸處也可以在土體內(nèi)部。根據(jù)地勘資料提供大壩滲流出逸面上允許最大滲透坡降值為0.50。
由壩體滲流計算成果可知，大壩滲流出逸面上最大滲透坡降值為0.39（其發(fā)生的位置見圖6-4），小于0.50，這說明在現(xiàn)有地勘資料的基礎(chǔ)上，按大壩標準斷面進行滲流穩(wěn)定分析時，大壩的壩體不會發(fā)生滲透變形。
6.2其他建筑物滲流安全評價
輸水涵管碑石箱涵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年運行已部分損壞脫落，部分條石錯位，造成涵管滲漏及堵塞嚴重，涵管周圍土體已經(jīng)空虛，四周滲漏嚴重，給大壩安全造成隱患，故該水庫輸水設(shè)施的滲流狀態(tài)是不安全的。
6.3結(jié)論
根據(jù)本次滲流計算分析成果，并結(jié)合地質(zhì)勘探與土工實驗、大壩建設(shè)和運行管理及加固等資料，我們認為，目前牛角坡水庫大壩存在以下幾個滲流問題：
（1）滲流計算成果表明，在現(xiàn)有地勘資料的基礎(chǔ)上，按大壩標準斷面進行滲流穩(wěn)定分析時，大壩壩體不會發(fā)生滲透變形。
（2）大壩存在壩體和壩基滲漏：大壩整體填筑質(zhì)量一般，在長期的滲透水流作用下，結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞，透水性也較強，為中等透水層，滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求；基巖為炭質(zhì)板巖及淺變質(zhì)石英細砂巖，表部呈強-弱風化程度，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育?，F(xiàn)場壓水試驗表明，表層炭質(zhì)板巖巖石透水率為12.2～16.7Lu，呈中等透水性。
（3）輸水涵管為三合土碑石箱涵，管身局部出現(xiàn)垮塌，管周滲漏嚴重，至今未處理妥當，且滲漏逐年加劇。
綜上所述，牛角坡水庫存在壩基滲漏和涵管管周滲漏，且情況逐年惡化，根據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評價導則》之“6.6滲流安全的綜合評價”，該大壩滲流性態(tài)不安全，評定為C級。
 
                大壩滲流計算斷面的滲透指標            表6-1
分    區(qū)
滲透系數(shù)（cm/s）	人工填土
Kx（水平）	7.4×10-4
Ky（垂直）	7.2×10-4
                 大壩正常蓄水位時的壩體浸潤線        表6-2
X	37.072	41.025	45.578	50.357	54.719	59.045	64.521	68.789	74.236	79.416
Y	13.325	10.758	9.654	8.171	6.996	6.233	5.318	4.678	4.184	4.032
注：浸潤線以大壩上游壩腳為坐標原點，下同。
                大壩設(shè)計洪水位時的壩體浸潤線       表6-3
X	39.501	42.855	46.433	50.706	54.854	59.123	63.906	68.825	73.526	78.265
Y	14.320	11.258	9.712	8.402	7.625	6.789	6.062	5.524	5.024	4.523
                 大壩校核洪水位時的壩體浸潤線         表6-4
X	40.756	44.342	47.926	52.023	56.523	60.523	64.712	68.769	71.712	75.428
Y	14.826	11.623	10.125	8.926	7.925	7.236	6.635	5.982	5.623	5.283
                   非穩(wěn)定滲流期的計算時段            表6-5
時間（天）	時間間隔（天）	庫水位（m）	備注（降速m/d）
0	5.28	148.35	正常蓄水位
			
5.28		145.00	0.63m/d
	2.44		
7.71		142.00	1.23 m/d
	2.18		
9.90		137.20	2.20m/d
			
             庫水位第一降落時段大壩壩體浸潤線         表6-6
X	28.421	34.623	39.231	44.025	49.485	54.828	60.886	64.032	68.725	77.3627
Y	10.502	11.209	12.864	13.398	11.687	9.873	7.818	7.005	6.102	4.553
             庫水位第二降落時段大壩壩體浸潤線         表6-7
X	14.517	25.325	34.345	42.724	49.114	56.290	62.235	67.200	73.259	86.549
Y	7.332	8.148	9.670	10.350	9.160	7.456	6.200	5.383	4.562	2.725
             庫水位第三降落時段大壩壩體浸潤線        表6-8
X	5.724	14.976	25.032	34.402	40.826	50.748	58.308	65.844	74.826	89.817
Y	2.826	4.680	6.124	7.036	7.382	6.392	5.409	4.345	3.356	0.968
                  大壩最大滲透坡降情況               表6-9
     項  目 
分  類	上游水位
（m）	下游水位
（m）	最大滲透
坡降
穩(wěn)  定
滲流期	148.35	無水	0.35
	148.88	無水	0.37
	149.10	無水	0.39
非穩(wěn)定
滲流期	148.35～145.00	無水	0.30
	145.00～142.00	無水	0.32
	142.00～137.20	無水	0.34

7、結(jié)構(gòu)安全評價
7.1大壩結(jié)構(gòu)安全評價
土石壩的結(jié)構(gòu)安全評價主要是對壩坡穩(wěn)定性進行復核。
7.1.1壩坡穩(wěn)定計算斷面的選取
牛角坡水庫大壩壩坡抗滑穩(wěn)定分析是在地質(zhì)勘探、室內(nèi)土工試驗和壩身滲流計算分析工作的基礎(chǔ)上進行的，故選擇大壩地質(zhì)勘探斷面，亦即壩體滲流計算分析所選擇的斷面，作為本次壩坡抗滑穩(wěn)定的計算分析斷面。
7.1.2計算程序簡要說明
壩坡穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設(shè)計研究院的《邊坡穩(wěn)定分析軟件V5.5》，該程序采用瑞典條分法進行圓弧滑裂面穩(wěn)定計算，自動搜索最危險滑動面，輸出安全系數(shù)彩色云圖和結(jié)果。瑞典法計算所得壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別用K（AB）表示。
本程序能用總應(yīng)力法或有效應(yīng)力法計算施工期、穩(wěn)定滲流期、庫水位驟降期及以上各期遇有地震時的邊坡穩(wěn)定分析。
7.1.3物理力學指標的選擇
本次壩坡穩(wěn)定計算中，計算斷面的材料分區(qū)及物理力學指標是根據(jù)地質(zhì)勘探、土工試驗結(jié)果、大壩施工及竣工資料等綜合確定的。因為，根據(jù)地質(zhì)勘探成果可知大壩為均質(zhì)土壩。由此將計算斷面作為二個區(qū)考慮，具體見前面滲流部分。各材料分區(qū)的物理力學指標按以下方法確定：壩體填土材料的指標是根據(jù)土樣室內(nèi)土工試驗結(jié)果計算統(tǒng)計確定的；基巖的指標是根據(jù)其它工程的經(jīng)驗、《土壩設(shè)計》等有關(guān)參考文獻確定的。各材料分區(qū)的物理力學指標見表7-1。
7.1.4壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果
7.1.4.1壩坡穩(wěn)定計算工況
根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001的要求，結(jié)合壩身的滲流計算結(jié)果，擬按以下工況進行壩坡穩(wěn)定計算：
（1）穩(wěn)定滲流期的下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性；
（2）庫水位快速下降時的非穩(wěn)定滲流期上游壩坡的抗滑穩(wěn)定性。
7.1.4.2穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果
各工況下用有效應(yīng)力法計算結(jié)果如下：
（1）正常蓄水位情況：上游庫水位148.35m，相應(yīng)下游無水時，下游壩坡最小安全系數(shù)見表7-2，最危險滑裂面的位置見圖7-1。
（2）設(shè)計洪水位情況：上游庫水位148.88m，相應(yīng)下游無水時，下游壩坡最小安全系數(shù)見表7-2，最危險滑裂面的位置見圖7-2。
（3）校核洪水位情況：上游庫水位149.10m，相應(yīng)下游無水時，下游壩坡最小安全系數(shù)見表7-2，最危險滑裂面的位置見圖7-3。
7.1.4.3非穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果
庫水位快速降落過程與壩身非穩(wěn)定滲流計算分析時的庫水位降落時段一致，相應(yīng)的非穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定計算采用有效應(yīng)力法進行，其計算結(jié)果如下：
（1）有效應(yīng)力法
①當庫水位由正常蓄水位148.35m降至145.00m，相應(yīng)下游無水時，上游壩坡的最小安全系數(shù)見表7-3，最危險滑裂面的位置見圖7-4。
②當庫水位由145.00m降至142.00m，相應(yīng)下游無水時，上游壩坡的最小安全系數(shù)見表7-3，最危險滑裂面的位置見圖7-5。
③當庫水位由142.00m降至137.20m，相應(yīng)下游無水時，上游壩坡的最小安全系數(shù)見表7-3，最危險滑裂面的位置見圖7-6。
（2）總應(yīng)力法
當庫水位由正常蓄水位148.35m分別降至145.00m、142.00m 、137.20m，相應(yīng)下游無水時，上游壩坡的最小安全系數(shù)見表7-4，最危險滑裂面的位置分別見圖7-7～7-9。
7.1.5小結(jié)
從壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果來看：穩(wěn)定滲流期的不同工況下，計算斷面的下游壩坡按不同方法計算所得的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K（AB）值均滿足規(guī)范要求；庫水位快速下降時非穩(wěn)定滲流期的上游壩坡抗滑計算所得的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K（AB）值均滿足規(guī)范要求。（正常運行情況下[K]=1.25，非正常運行情況下[K]=1.15，采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)時，最小安全系數(shù)比以上值減小8%。本次計算均不計條塊間作用力。）
7.2其他建筑物結(jié)構(gòu)安全評價
溢洪道為山體巖石半挖半砌筑而成，控制段及陡坡段底板不規(guī)則，側(cè)墻襯砌塊石風化嚴重，且不規(guī)則，緩坡段底板出現(xiàn)蜂窩麻面，裂縫較多，影響正常安全泄洪。
輸水涵均為碑石箱涵結(jié)構(gòu)，經(jīng)多年運行，三合土剝落嚴重，伸縮縫止水老化、斷裂，管身局部出現(xiàn)垮塌，管周滲漏嚴重，高洪水位時，涵管管周有明顯渾水滲出，形成滲漏通道，危及大壩安全。 
綜上，該水庫溢洪道及輸水涵管均存在較多問題，其結(jié)構(gòu)不安全。
7.3結(jié)論
根據(jù)本次大壩穩(wěn)定計算分析成果，并結(jié)合地質(zhì)勘探報告、大壩運行管理評價、大壩滲流安全評價等資料，我們認為，目前牛角坡水庫大壩在結(jié)構(gòu)安全方面存在以下幾個問題：
（1）在現(xiàn)有地勘資料的基礎(chǔ)上，按大壩標準斷面進行壩坡穩(wěn)定分析時，計算結(jié)果滿足規(guī)范要求，即在理論上該大壩是安全的。
（2）輸水涵管為碑石箱涵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年運行已部分損壞脫落，部分條石錯位，造成涵管滲漏及堵塞嚴重，涵管周圍土體已經(jīng)空虛，四周滲漏嚴重，給大壩安全造成隱患。
（3）溢洪道位于右壩端，為岸邊正槽式，控制段為矩形明渠，現(xiàn)狀溢洪道控制段未襯砌，經(jīng)多年運行，毀壞嚴重，影響泄洪；陡坡段兩側(cè)無導墻；出口無消能設(shè)施，另外，溢洪道控制段兼做建筑物連接通道，影響泄洪，危及大壩安全。
根據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評價導則》之附錄表B2-1（土石壩結(jié)構(gòu)安全性分級），該水庫大壩結(jié)構(gòu)安全性評定為B級。
                   大壩計算斷面分區(qū)指標               表7-1
指標
分區(qū)	固結(jié)快剪CQ	固結(jié)慢剪S	濕密度(g/cm3)	孔隙比
	C(kPa)	φ(°)	C(kPa)	φ(°)		
壩體填土	16.6	17.2	18.5	17.5	1.78	1.02
    大壩計算斷面下游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果（有效應(yīng)力法）    表7-2
上游水位(m)	下游水位(m)	Cx	Cy	Ds	K(AB)	備 注
148.35	無水	69.26	45.36	45.84	1.275	下游壩坡
148.88	無水	75.21	47.35	48.23	1.271	下游壩坡
149.10	無水	79.32	48.65	49.36	1.269	下游壩坡
     大壩計算斷面上游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果（有效應(yīng)力法）   表7-3
起始水位(m)	降落水位(m)	Cx	Cy	Ds	K(AB)	備 注
148.35	145.00	11.89	26.86	26.02	1.248	
145.00	142.00	11.43	25.02	24.35	1.241	
142.00	137.20	10.57	23.02	22.06	1.236	
     大壩計算斷面上游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果（總應(yīng)力法）     表7-4
起始水位(m)	降落水位(m)	Cx	Cy	Ds	K(AB)	備 注
148.35	145.00	12.08	29.90	30.10	1.242	
145.00	142.00	8.50	25.39	25.78	1.235	
142.00	137.20	8.03	22.81	22.87	1.230	
注：K（AB）——瑞典圓弧法最小安全系數(shù)。 
8、抗震安全復核
根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），牛角坡水庫壩址工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，場地地震基本列度為Ⅵ度，屬相對穩(wěn)定地區(qū)。
根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》SL203-97規(guī)定，工程區(qū)地震基本列度為Ⅵ度，可不作抗震復核，對大壩等建筑物也不必采取抗震處理措施。
 
9、結(jié)論與建議
9.1結(jié)論
牛角坡水庫始建于1954年6月，1958年12月竣工運行。隨著運行時間的增長，工程日漸老化，問題逐漸增多，如不及時處理，將嚴重影響大壩安全，給下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全帶來嚴重威脅。
本次大壩安全綜合評價工作在地質(zhì)勘探、土工試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合大壩建設(shè)、運行管理及除險加固的情況，就大壩的工程等級與設(shè)計標準、水庫洪水與調(diào)洪、大壩滲流與壩坡穩(wěn)定進行了復核，其結(jié)果表明目前牛角坡水庫存在以下主要問題：
（1）大壩壩基滲漏嚴重
壩體滲漏：大壩為均質(zhì)土壩，整體填筑質(zhì)量一般，其土體土主要為殘坡積土、粉質(zhì)粘土和礫質(zhì)重壤土組成，土體在長期的滲透水流作用下，結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞，透水性也較強；為中等透水層，滲透系數(shù)不滿足K＜1×10-4cm/s規(guī)范要求。大壩壩基泥質(zhì)頁巖夾變質(zhì)板巖為中等風化程度，由于壩體填筑時對基礎(chǔ)清除不徹底，從而導致其巖體與填筑土體接觸不緊密，壩體與基巖接觸面形成接觸沖刷或接觸流失出現(xiàn)滲漏?，F(xiàn)場壓水試驗表明，大壩下伏強風化巖石的透水率較大，表層巖石透水率為11.3～16.2Lu，滲漏現(xiàn)象明顯。大壩兩岸山體出露基巖為石英砂巖，風化程度高，節(jié)理、裂隙發(fā)育好，巖石較破碎，通過現(xiàn)場壓水試驗查明，兩岸山體上部巖體透水率為13.3～18.2Lu，透水率較大，為中等透水帶，滲漏現(xiàn)象較為嚴重。
（2）泄洪設(shè)施配套不完善
溢洪道位于右壩端，為岸邊正槽式，控制段為矩形明渠，現(xiàn)狀溢洪道控制段未襯砌，經(jīng)多年運行，毀壞嚴重，影響泄洪；陡坡段兩側(cè)無導墻；出口無消能設(shè)施，另外，溢洪道控制段兼做建筑物連接通道，影響泄洪，危及大壩安全。
（3）輸水設(shè)施不滿足要求
輸水涵管為碑石箱涵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年運行已部分損壞脫落，部分條石錯位，造成涵管滲漏及堵塞嚴重，涵管周圍土體已經(jīng)空虛，四周滲漏嚴重，給大壩安全造成隱患。
（4）大壩壩腳無排水設(shè)施，滲透水流沖刷壩體帶走泥沙。
（5）防汛通道不滿足防汛管理要求
水庫現(xiàn)有建筑物連接通道長0.3km，其路面均為土質(zhì)路面，未做加固處理，經(jīng)多年運行，路面破壞嚴重，坑坑洼洼，無法滿足防汛物質(zhì)的及時調(diào)運，急需進行路面整修硬化，以利于水庫防汛及管理。
（6）大壩目前無任何觀測設(shè)施和設(shè)備，不滿足《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》SL60-94的要求。
（7）水庫管理所無值班室。
綜上所述，對牛角坡水庫大壩安全評價主要結(jié)論如下：工程質(zhì)量評價為不合格，大壩運行管理評價為差，防洪安全性評價為B級，滲流安全性評價為C級，結(jié)構(gòu)安全性評價為B級，根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》SL258-2000之大壩綜合評價方法，牛角坡水庫大壩評定為三類壩。益陽市水利局組織專家對安全鑒定成果進行了核查，確定牛角坡水庫大壩為三類壩。
10.2建議
根據(jù)本次大壩安全綜合評價成果，針對大壩存在的主要問題，除險加固項目及建議如下：
（1）大壩防滲處理
壩體防滲采用沖抓回填粘土防滲墻防滲，壩基接觸帶采用帷幕灌漿。
（2）大壩壩坡加固處理
建議對上游坡現(xiàn)澆砼護坡和局部整修；下游坡草皮護坡和局部整修。
（3）輸水設(shè)施處險加固
建議輸水涵全線封堵，并進行充填灌漿處理；新開輸水隧洞，新建消力井和放水臥管取水。
（4）溢洪道加固處理
建議對溢洪道襯砌加固處理，增設(shè)出口消力池。
（5）0.3km建筑物連接通道硬化處理。
（6）增設(shè)水尺12根，總長15.6m。
（7）新建值班室25m2，以滿足水庫管理要求。

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