浅议土石坝产生坝体渗漏和控制措施

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1、浅议土石坝产生坝体渗漏和控制措施【摘要】文章介绍土石坝渗流分析方法的演变过程，分析土石坝渗流破坏的主要形式，提出控制土石坝渗流措施。【关键词】土石坝；渗流；帷幕灌浆；控制引言土石坝是一种常用的挡水建筑物，既然挡水则必然伴随着渗流。根据国内外的大量资料显示，由于渗流破坏而造成土石坝失事的比例占到35%左右。因此，在土石坝设计中进行渗流分析是有效降低土石坝渗漏破坏、布设防渗措施的重要前提。1.土石坝渗流分析方法的演变过程从20世纪初期，一些国家的工程技术人员和学者开始进行土石坝的设计和监控，对土石坝的渗流研究应运而生。最早研究土石坝渗流的方法主要是一些近似方法，如水力学法、模拟实验法和解析法等

2、，其中水力学法应用较为广泛，是一种相对比较成熟的研究方法。20世纪20年代前苏联学者提出，以浸润线两端为分界线，将均质土坝分为上游楔形体、中间段和下游楔形体，分段列出计算公式再按水流连续原理求解，被称为“三段法”，在当时是一种较为先进的计算方法，使土石坝渗流计算的精确度大大提高。从20世纪40年代开始，电子计算机技术的飞速发展带动渗流分析方法产生了新的飞跃。利用计算机的快速计算能力，一些学者将数值方法应用到渗流稳定分析之中，主要包括有限差分法、有限单元法和边界元法，其中发展到目前最为成熟的方法是有限单元法。1943年美国学者R.Courant在求解扭转问题时为了表征翘曲函数而将截面分成若干

3、三角形区域，在各三角形区域设定一个线性的翘曲函数，提出了有限单元法的基本思想。20世纪60年代,美国学者Clough和Woodward率先利用有限单元法来进行土坝渗流分析，有限单元法正式在工程领域得到应用。20世纪70年代，加拿大学者ChapuisR.P的研究，使有限单元法的应用进一步深入，从稳定渗流领域发展到了非稳定渗流领域。有限单元法发展至今，是一种应用最为广泛的土石坝渗流分析方法。21世纪以来，计算机软件与传统计算方法的结合，使土石坝渗流分析进一步发展。国内在这方面的研究也发展迅速，其中以理正渗流软件为典型代表。该软件适用于堤坝的渗流及渗透稳定计算，可以与经典渗流理论和有限元方法结合

4、直接对稳定流及非稳定流进行求解，可以处理各种非均质土层分布及复杂坝体情况。2土石坝渗流破坏的主要形式1.1坝体渗漏土石坝产生坝体渗漏的表现形式有两种：(1)在下游坝面出现渗水或散渗。(2)在下游坝面出现集中渗漏。渗水或散渗的产生是由于坝体渗透水量超过了允许范围或渗流溢出点太高，这种情况会导致下游坝面产生沼泽化，坝体浸润面抬高，坝坡土体的抗剪强度减小，坝体产生滑坡或滑塌的可能性大大增加。集中渗漏的产生是由于在坝体内有裂缝等薄弱层的存在，导致水库蓄水后在坝体内形成渗漏通道。施工时坝体分层碾压不充分，将比较容易导致坝体裂缝的产生。2.2坝基渗漏土石坝勘测时若遇坝基地质条件不佳，设计和施工时应采取

5、必要的工程处理措施，如清基、换填、灌浆等。若设计、施工处理不当，清基不彻底或未采取必要的防渗措施，水库蓄水后，土石坝坝后地面及坝基容易产生膨胀、断裂和泡泉等渗漏现象，严重影响坝体的稳定性。2.3绕坝渗漏绕坝渗漏和坝基渗漏一样，也与地质条件有关。坝肩山体地质条件不佳，存在裂隙、断层或溶洞、坝岸接头处理措施不当等，均可能导致绕坝渗漏。绕坝渗漏即会影响坝肩山体的安全，同时也会对坝基和坝体产生连带影响。3.土石坝渗流控制措施土石坝的渗流控制措施实质上是延长渗径，使其渗透坡降不超过允许坡降，来保持土石坝的渗透稳定，同时结合采用合适的排水措施，排出渗透水流，进一步降低下游坝基的剩余水头。土石坝渗流控制

6、的总原则是“上截下排”。“上截”就是在坝轴线以上部位堵截渗流途径，减少水渗入坝体或坝基，提高防渗能力。“下排”就是在下游做好反滤导渗等排水措施。使渗水在下游通畅排出，但不带走坝体或坝基上的土粒，不改变坝体或坝基的变形和强度。常用的土石坝防渗措施分为水平防渗和垂直防渗两类。3.1水平防渗水平防渗主要适用于对小型土石坝的坝基进行防渗，主要做法是在坝体上游加防渗铺盖，目的是延长渗径，减小渗流坡度，降低渗漏损失。当小型土石坝坝址处基础覆盖层较高时，若采用垂直防渗，工程造价非常高，此时宜采用水平防渗铺盖。水平防渗铺盖的优点在于造价低廉，施工工艺简单，缺点在于防渗效果不如垂直防渗，且施工前需将水库放空

7、，具有季节性施工的局限性。在实际工程设计中，一般将水平防渗与其他防渗措施结合使用，以达到更佳的效果。3.2垂直防渗2.2.1帷幕灌浆帷幕灌浆一般适用于岩石基础的坝基防渗处理。帷幕灌浆设计的核心工作是确定钻孔的数量、孔距和深度，需要结合水文地质条件和现场灌浆试验来综合分析。帷幕灌浆设计其基本设计思想就是确定出帷幕的最大有效扩散半径和灌浆孔距间所保持的最优关系，计算出最安全、经济、有效的扩散半径和孔距，以此获得最大的技术经济