土石坝渗流观测资料分析模型及方法论文

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1、土石坝渗流观测资料分析模型及方法论文摘要：为了有效地根据土石坝的原型观测资料来分析坝体和坝基中存在的渗流问题，本文以渗流理论为基础，结合工程实际，考虑了水位、降雨量、坝基排水以及时效等因素对渗流的影响，建立了土石坝坝体和坝基测压管以及通过大坝渗流量等观测资料的统计分析模型和方法。经对青山和对河口水库等工程的实际应用，说明其效果是令人满意的。关键词：土石坝渗流分析渗流观测分析模型在土石坝坝体和坝基适当部位，有计划地设置一些测压管或渗压计，以及在其下游适当部位设置观测渗流量的量水堰.freel）由表

2、1和图2所示，在不同的井位势下，B4管在1993年以前其位势与井位势的相关性较好，管位势变化规律基本正常。但1993年以后，管位势与井位势关系曲线的相关系数由原来的0.836～0.950(1989～1993年)降至0.032～0.561，不同井位势下的测压管位势变化曲线出现明显异常，说明目前该管位势基本上已不受减压井位势所控制，坝基渗流场出现明显变化。从历年库水位变化过程线来看，B4管位势变化出现上述异常现象的原因是由于大坝经过1993年、1995年、1996年、1999年库水位屡创历史新高的影

3、响，导致坝基土体产生一些局部冲刷和淤积现象所形成的。D4、E4管的位势变化则出现历年下降的趋势，很显然这两管位势下降的原因是由于测压管与减压井之间的坝基土体遭受局部冲刷所致。由此可见，坝基内部已出现较为明显的渗透变形。由坝基渗透坡降的计算表明3，在不同水位条件下，B4、D4管之间的渗流比降为0.163～0.277，它们不仅远大于允许比降值0.12，并且还超过了该地基土的破坏比降0.24。这与上述分析结果相吻合。图2各特定减压井位势下的测压管位势历年变化曲线3坝体无压渗流观测资料分析对于坝体无压渗

4、流而言，测压管水位与其所处的位置、上下游水位变化幅度、降雨量强度和筑坝材料的渗透性等因素有关。由于库水位变化传递到测压管位置存在一定的滞后时间，所以测压管水位变化还与前期库水位有关。此外，象土体固结，坝前淤积，下游冲刷等因素对渗流状态亦会产生影响。归纳起来，影响测压管水位的因素主要包括库水位、降雨量和时效3个方面，根据具有自由面的无压渗流支配方程的基本特性，库水位与测压管水位并不成线性关系，但它们的平方项则基本满足线性关系。故库水位与测压管水位(以相对不透水层面为基面)之间合理的回归方程型式可表

5、示为：(3)式中：h为测压管水位；H０为当日库水位；Hi-j为前期库水位的均值；R0为当日降雨量；Ri-j为前期平均降雨量；θ为时效。针对青山水库0+400断面的4支坝体测压管，参照上述模型，其回归方程3为(4)式中：H0为观测日当天的库水位；Hi-j为观测日前第i天到第j天的平均库水位；R0为观测日当天的降雨量；Ri-j为观测日前第i天到第j天的平均降雨量；θ为观测日至正常观测起始日天数的百分之一；ak(k=0～21)为待定系数；根据选定的统计模型，取各测压管所有的观测数据进行逐步回归，并求出

6、其最佳的回归方程，简要回归成果见表2，测压管水位实测值和回归值的过程线见图3。从图表中看出回归曲线与实测过程线拟合得较好。图3测压管实测与模型拟合曲线表2各坝体测压管回归分析简要成果测压管号样本数复相关系数标准差F检验值F0.01临界值A4C4G41G42353852843490.9500.8810.8940.9450.3580.3610.2390.166187451223442.133.242.252.854渗流量观测资料的分析渗流量观测不仅能了解水库的渗漏损失，更重要的是它能有效地监视土石坝

7、的安全情况，如果渗流量随时间发生了较大的变化，则意味着渗流场内可能己产生局部的渗透破坏现象，就应及时找出其原因并采取必要的补救措施。大坝总渗流量通常由3部分组成：(1)通过坝体的渗流量；(2)通过坝基的渗流量；(3)通过两岸绕渗或两岸地下水补给的渗流量。为了监测各部分的渗透稳定性，应尽量做到分区观测。渗流量的大小除直接受上下游水位变化的影响，还与大坝断面轮廓、坝体和坝基土渗透系数大小以及其防渗排水设施等因素有关。此外，由于土体固结、坝前淤积，坝体或坝基产生渗透变形而导致渗流出口土体被冲刷。由于温

8、度变化而会改变水的粘滞性和影响基岩裂隙的张开度等，以上这些因素均会对渗流量产生影响。综上所述，影响渗流量的因素主要包括；上下游水位、降雨量、时效及温度等。但在土石坝中，温度通常影响较小，可不加以考虑。由前述渗流支配方程可见，对于有压与无压渗流共存情况，其渗流量应为大坝作用水头H和H2的函数。由库水位和渗流量过程线可见，渗流量随库水位的变化同样亦存在滞后时间，故它亦与前期库水位有关。其合理的回归方程型式为：(5)式中：Q为渗流量；H0为当日库水位；Hi-j为前期库水位的均值；R0为当日降雨量；Ri