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1、土坝的渗流问题分析及其控制措施和监测技术前言：渗透破坏是土石坝坝体的常见病害,设计一套可靠的渗流监测系统是保证土石坝坝体安全运行的必备措施。土石坝浸润线位置的高低是影响坝体渗透稳定和抗滑稳定的最重要的因素之一。对于土石坝渗透水溢出点的渗透坡降较陡时,坝坡就会发生流土、管涌,甚至滑坡、垮坝。科学地对土石坝进行渗透监测,为水库安全运行、坝体安全稳定提供科学依据。摘要:土坝破坏来源于水和其它外力的侵袭以及土体强度的不足,其中渗流产生的坝体破坏占有较大比例,且造成的后果极为严重。通过土石坝产生渗流破坏的现象分析,掌握其发展规律,利用地质勘探合理
2、确定的边界条件,有针对性地选择土石坝的渗流控制设计方案。关键词:土坝渗流破坏基本内容控制措施渗流问题的重要性防渗加固渗透破坏渗流监测渗流监测布设技术在水利工程中,地表水的冲刷破坏常会引人注意,也比较容易发现和挽救，而地下水的冲刷目不能见,常被忽视,有时问题一经发现,会立即导致工程的破坏,难以补救。因此，一般水利工程受地下水渗流冲刷破坏者常比地表水冲刷破坏者为多,而堤坝渗流的问题更为严重。据米德布鲁克斯调查统计美国206座破坏的土坝中,由于渗漏管涌破坏者占39%,由于漫顶破坏者占27%,由于滑动及沉陷裂缝者占18%,由于反滤料流失、块石护
3、坡下没有滤层、坝端处理不好、波浪和地震等原因破坏者占17%,由此可见渗流破坏作用的严重性。我国在20世纪90年代初的统计资料,全国存在渗漏问题比较严重的大型水库有132座,遍及各省,其中土石坝渗漏的就有106座,约占80%。1.土坝的渗流破坏土石坝破坏来源于水和其它外力的侵袭以及土体强度的不足。原因不同,发生的现象也有不同，除去坝端三向浇渗破坏和漫顶溢流垮坝者外,从土坝剖面上看，问题主要如图1：图1所示几种状况,并且分别说明如下:①图a是砂层地基的承压水顶穿表层弱透水粉质壤土或淤泥的薄弱环节,发生局部集中渗流形成流土泉涌现象,并继而向地
4、基的上游发展成连通的管道。此时如果大管涌道失去拱的作用,堤坝即裂缝下沉而破坏,严重者还会在临水侧坝脚附近引起水流旋涡。对于土坝上游黏土铺盖的裂缝失效以及河堤临水侧的河水淘刷等不利因素,均能加速破坏。②图b是背水坡脚大面积发生小泉涌的砂土沸现象,使坡脚软化或受浮力后失去支承力而引起大滑坡,如图1所示的大圆弧所示。发生砂沸软化的来水可能是砂基的承压水,也可能是沿弱透水覆盖层上面较透水薄层粉土渗过来的表层水。③图c是由于堤坝本身或地基的渗流,外部出口处的管涌开始逐渐将细粒带走,直至坡面破坏。如图所示,浸润线出渗点处的土粒首先被冲蚀沿坡面向下移
5、动堆积于坡脚,逐渐在坡面形成局部凹陷和小沟;或者沿坝底接触面、坝体内的较透水薄层以及沿输水管外壁接触面形成集中渗流通道造成冲蚀破坏。④图d是由于库水位骤降时孔隙水压力而发生滑坡,11多在下降水位的附近坍滑。如果临水侧受河水淘刷,就更容易造成滑坡。图1土坝坝坡破坏示意图2.渗流分析方法土石坝的渗流是一个比较复杂的空间问题,但在工程设计中常将其简化为平面问题处理。土石坝渗流计算方法主要有解析法、手绘流网法、实验法和数值法等。解析法分流体力学法和水力学法,前者立论严谨,但只能用于某些边界条件较为简单的情况。水力学法计算简易,精度可满足工程要求
6、,得到了广泛的应用。手绘法是一种简单易行的方法,能够求渗流场内任一点渗流要素,并具有一定的精度,但在渗流场内具有不同土质,且其渗透系数差别较大的情况下较难应用。遇到复杂地基或多种土质坝,可用电模拟实验法,它能解决三向问题,但需一定设备,且费时较长。近年来数值法在土石坝渗流分析中得到了广泛应用。此种方法可以计算不稳定渗流和较复杂的渗流问题。3.渗流控制基本内容渗流问题的外观主要是建筑物及其地基与侧岸的破坏和漏水,重点是土的渗透破坏或渗透变形,而引起破坏的内在因素则是渗流水的作用。因此需要通过试验计算或探测来查明渗流场的分布,或者结合不同建
7、筑物类型和发生渗流问题的部位,着重探明下列的水力因素:3.1渗流水头线对于坝基的有压渗流,需要知道建筑物地下轮廓线的水头分布或浮托力,以便核算土坝的稳定性;确定下游出口处截墙或板桩下端的水头,核算出口处该深度地基土是否有发生局部流土的危险。对于土坝岸堤无压渗流,则应知道浸润线位置和坝体内的渗流压力分布,以便核算坝坡的稳定;利用土坝下游排水设备降低浸润线使其离开下游坝坡有足够的距离,防止冰冻;确定坝基防渗铺盖和斜墙或心墙的沿程水头损失,用以核算设计适宜的长度和厚度。为了防止水库下游和堤防背水坡土地的盐碱化,还应核算下游农田地下水位升高的位
8、置。3.2渗流坡降由上述的水头分布,很容易得出渗流坡降或流速以及渗透力,首先应该考虑最大渗流坡降,检验是否会发生内部管涌影响地基的稳定;对于粗细粒两层土交界面以及和闸坝基底接触面上,为避免接触渗流冲刷或细粒
