堤坝渗流分析与防渗技术研究

堤坝渗流分析与防渗技术研究

摘要：堤坝渗流的破坏具有隐蔽性，特别是土质堤坝，由于坝体和坝基的透渗水性，渗流问题更为严重。因此水库堤坝和堤围工程的渗流问题成为我们面临的一重大课题。本文笔者对堤坝的渗流进行了简单的分析，并提出相关的防范措施。

关键词：堤坝；渗流理论；防渗加固措施

abstract: the destruction of the dam seepage is hidden nature, especially soil dam, the dam and its foundation through seepage, seepage problem is more serious. reservoir dam seepage and embankment projects have become a major issue we face. in this paper the author analyzes the dam seepage, and proposes preventive measures.key words: dams; percolation theory; impermeable reinforcement measures 中图分类号：tv697.3+2 文献标识码：a 文章编号：

堤坝是水利工程中重要的一环，而在我国堤坝是应用最广的一种坝型，广泛用作水库的拦河坝及江河湖海的防护堤。江河湖泊的防护堤几乎全部是堤坝。研究中，堤坝的经济效益和安全是人们关注的热点。经济效益主要涉及到堤坝渗漏情况，而堤坝的安全问题也主要是由渗透破坏引起的，所以堤坝的渗流问题是研究的重点。

渗流分析是堤坝设计的重要组成部分，所设计工程能否安全可靠和经济合理，很大程度上取决于能否正确进行渗流分析和选择合理的渗流控制措施。堤坝运行管理中，由于实际建成的堤坝很难和

设计阶段所预想的完全一致，同时有许多因素会促使运行中的堤坝渗流条件不断改变，因此，也经常需要通过渗流计算分析坝体的稳定性，拟定必要的加固措施和方案。通过渗流计算可以确定堤坝浸润线位置、渗流的动水压力、水力坡降以及坝体的渗流量，进而可以分析堤坝的整体稳定性和局部渗流情况下堤坝的安全性。

一、堤坝渗流类型与危害

1. 堤(坝)身渗漏

1.1散浸

渗流透过坝体从背水坡渗出,逸出点太高超过下游排水设备顶部,下游坡面土体出现阴湿现象为散浸。

1.2集中渗漏

渗水可以从坝体下游面,坝基的一个或几个孔穴集中流出,出现成股水流漏出的异常渗漏现象。

2. 接触渗漏

渗水从堤坝体与地基,刚性建筑物,新老结合的接触面通过时,在堤坝后下游相应部位渗出,或穿堤建筑物,坝下埋管出现裂缝,渗水从裂缝流出沿接触面渗出,将土颗粒在出口处带出,产生接触冲刷。

3.坝基渗漏

坝基渗漏是通过坝基水层从坝脚或从坝脚以外覆盖层较薄弱的部位渗出。

4渗流危害

堤基渗漏、堤身隐患及河岩崩塌,通常被认为是长江中下游堤防的三大主险。堤基渗漏、堤身隐患是造成险情的祸首。堤身险情主要表现是散浸、脱坡、漏洞、跌窝。堤基险情主要表现是管涌,它是渗透险情中最危险的一种渗透破坏。一般表现为翻砂、泡泉、脓疱、土层隆起、大面积砂沸等等。从流体力学角度而言,管涌是流土、局部流土或接触冲刷。

不论堤身还是堤基险情,水是不可或缺的破坏主体,堤基、堤身的破坏均与水有相当密切的联系。以管涌为代表产生的渗透破坏都存在一定的水力条件、边界条件和地质条件。水必须具一定的水头,同时在堤内还具备一定的溢出条件,如坑、塘、渊、水井等等才具破坏性。

由于砂、砂性土层允许比降较小,很容易出现险情。土层若为单一砂层的流土破坏,当其发展时间较短时,则容易出现险情,甚至造成大的险情乃至溃决。粘土、粉质粘土为相对隔水层,因允许比降较大,所以造成险情的可能性较小。但当地层为二元结构,表层弱透水层厚度较薄或遭到破坏时,若此条件下表层弱透水性越小,则下部透水砂层渗透压力愈大,流土或局部流土就越易发生。

二、渗流计算的主要方法

1. 公式方法

公式方法依据《堤防工程设计规范》提供的计算公式。适用于下列情况：一般稳定渗流计算；双层地基稳定渗流计算；水位上升过程中不稳定渗流计算；水位降落过程中不稳定渗流计算。

2. 有限元方法

有限元方法是依据非饱和土理论、根据基本的渗流理论――达西定律等，采用有限元方法分析稳定流及非稳定流中多种边界条件、多种材料的堤坝、或土体的渗流分析。但有限元法分析渗流问题是以线性达西定律为基础，因此不适应非线性达西定律的流场分析及不满足达西定律的流场分析。

三、堤坝防渗措施

3.1堤坝防渗措施概述

土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。根据对应的加固机理，有下列几种主要加固措施。

（1）前堵型防渗。“前堵”即在临水侧采用防渗铺盖、前戗、防渗斜墙和铺设土工膜等。但因堤坝临水侧往往受到库水位的影响，这些措施的使用会受到一定的限制。

（2）后排型防渗。“后排”主要是指在堤坝背水侧采用压渗、导渗沟、减压沟和减压井等措施。

（3）中间截型防渗。“中间型”指在堤身中进行粘土灌浆、劈裂灌浆、混凝土截渗墙和高压喷射灌浆等。

3.2堤坝防渗加固方案的选择

由于土石坝工程的复杂性，而每一种加固方法又都有其适用范围、局限性和优缺点，因此，采用何种防渗加固措施应根据堤基地质条件、地形条件以及渗透破坏危害程度，通过对工程病害情况、加固要求、工程费用以及材料等方面进行综合考虑，并进行经济技

术比较后，选取单一或几种措施综合治理。

（1）堤身防渗加固措施的选择。对堤身渗水可能产生的堤坡冲刷、流土等破坏，可采用贴坡反滤、透水后戗的方法进行除险。当和堤基防渗措施统筹实施时，可考虑采用垂直防渗墙。对于新老堤身结合的水平层面产生集中渗流，可采用临水侧开挖回填封堵或接触面填充灌浆的方法进行处理。对于堤身建筑物基础接触面的集中渗流，可采用高喷或静压注浆在临水侧做垂直防渗，也可以在接触面采用静压注浆进行处理，必要时在背水侧做反滤保护。对堤身与穿堤建筑物侧墙间的集中渗流，可采用接触面静压注浆的方法进行处理。对于堤防分段建设的接合部产生的集中渗流，可采用临水坡截渗或在接合部用挤密灌浆的方法来处理，必要时在背水坡采取反滤保护措施。

（2）堤基防渗加固措施的选择。当堤基、背水坡或堤后地面渗流出逸比降不能满足规范要求时，或者汛期曾经出现过严重渗漏、管涌或流土破坏险情时，可视具体情况选择一种措施或几种措施的组合进行处理：

（a）当堤基相对不透水层埋藏较深，透水层较厚，同时临水侧有稳定滩地的堤基应采用铺盖防渗；

（b）当堤基透水层较浅时，在迎水侧堤脚宜采用粘土截水槽或其它封闭式垂直防渗措施截渗，并于堤身防渗体联成统一的防渗体系。也可以采用盖重或盖重结合减压沟、井的方法；

（c）当堤基覆盖层较薄，透水层埋藏深且厚度大时，可以采用