土石坝渗流安全评价

土石坝渗流安全评价

发表时间：2019-09-08T17:25:55.930Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：唐任科

[导读] 摘要：渗流安全是土石坝安全的保证。

广东建源检测技术有限公司广东佛山 528100

摘要：渗流安全是土石坝安全的保证。据国内外土石坝失事原因的调查统计，因渗流问题而失事的机率仅次于洪水漫顶，高达

30%-40%。当渗透力大到一定程度时将导致渗透变形而直接威胁大坝的运行安全。工程的实际渗流状态是否安全?原设计施工的渗流控制措施是否有效和能否按原设计条件安全运行?这是已建坝渗流安全评价必须回答的问题！

关键词：土石坝；渗流；安全评价

引言

流体在孔隙介质中的流动称为渗流，水在地表下发生在土壤或岩石孔隙中的渗流也称为地下水流动。渗流现象广泛存在水利水电工程，这是必须对渗流规律和特点有所认识和了解的原因。大坝渗流安全评价，分为定性评价和定量评价两部分。下面对这两个方面的问题作一介绍。

1渗流分析

1.1渗流分析的目的

1.1.1渗流分析将为土石坝中各部分土的饱水状态的划分提供依据；

1.1.2检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡稳定；

1.1.3确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施；

1.1.4确定通过坝和河岸的渗水量损失，并计算排水系统的容量。

1.2、渗流分析计算

土石坝周边均为不透水岩层，封闭条件良好，因此渗流分析计算模型为不透水地基均质坝。对均质坝在不透水地基上，有排水设备的情况，不考虑均质坝上游坝壳料部分对渗流的影响。对棱体排水，浸润线逸出部分如图1所示。

将渗流曲线坐标值列入下表中表1 正常蓄水位渗流曲线坐标值

4.将前面几种工况计算所得的渗流曲线绘制在图2中

结果分析；由于图中三种工况下的三条渗流曲线没有交点，说明渗流分析结果合理。

2稳定分析

2.1.稳定分析的目的

对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。

2.2.稳定分析计算

其原理假定滑动面为一圆柱面。将滑动面内的土体看成是刚体，失稳时土体绕圆弧的中心旋转，沿着坝轴线方向取单宽段，按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土体分成若干铅直土条，求出土条对圆弧中心的抗滑力矩之和以及滑动力矩之和。二者的比值为该滑动面抗滑稳定安全系数Kc.

2.3.最危险圆弧的确定

根据规范查的取β1=25°，β2=35°，在图中做出M1，M2.如图3所示：

2.4.稳定分析计算：

设计洪水位上游坝坡稳定计算

试算：R=231.37m，b=23.13m。

计算结果记入下图4中。

3坝基渗流安全评价

土石坝坝基多为第四系松散沉积物，少数为岩基，或仅有部分防渗体(如心墙、截水槽等)直接与岩基接触。因此，坝基渗流安全问题是土石渗流安全评价的重点。

3.1坝基渗流安全评价要点如下:

3.1.1、砂砾石层(包括砂层、砂砾石层、砾卵石层等)的渗透稳定性，应根据土的类型及其颗粒级配等情况判别其渗透变形形式，核定其相应的允许渗透比降，与工程实际渗透比降相比，判断渗流出口有无管涌或流土破坏的可能性，以及渗流场内部有无管涌、接触冲刷等渗流隐患。.

3.1.2、覆盖层为相对弱透水土层时，应复核其抗浮动稳定性，其允许渗透比降宜由试验法或参考流土指标确定;对已有反滤盖重者，应核算盖重厚度和范围是否满足要求。

3.1.3、接触面的渗透稳定性主要有以下两种型式:

1)复核粗、细散粒料土层之间有无接触冲刷(流向平行界面)和接触流土(流向从细到粗垂直界面)的可能性;粗粒料层能否对细粒料层起保护作用。

2)复核散粒料土体与刚性结构物体(如混凝土墙、涵管和岩石等)界面的接触渗透稳定性。应注意散粒料与刚性面结合的紧密程度、出口有无反滤保护，以及与断层破碎带、灰岩溶蚀带、较大张性裂隙等接触面有无妥善处理及其抗渗稳定性。

图4 设计洪水位上游坝坡稳定计算简图

3.2坝体渗流安全评价要点如下:

3.2.1均质坝。复核坝体的防渗性能是否满足规范要求、坝体实际浸润线和下游坝坡渗出段高程是否高于设计值，还需注意坝内有无横向或水平裂缝、松软结合带或渗漏通道等。

3.2.2组合(分区)坝:

1)防渗体(心墙、斜墙、铺盖、各种面板等)。复核防渗体的防渗性能是否满足规范要求，心墙或斜墙的上、下游侧有无合格的过渡保护

层，以及水平防渗铺盖的底部垫层或天然砂砾石层能否起保护作用。

2)透水区(上、下游坝壳及各类排水体等)。复核上、游坝坡在库水骤降情况下的抗滑稳定性和下游坝坡出逸段(区)的渗透稳定性，下游坡渗出段的贴坡保护层应满足反滤层的设计要求。

3)过渡区。界于坝体粗、细填料之间的过渡区以及棱体排水、褥垫排水和贴坡排水等，应复核反滤层设计的保土条件和排水条件是否合格，以及运行中有无明显集中渗流和大量固体颗粒被带出等异常现象。

4小结

土石坝的渗流稳定分析一直是土石坝坝工建设与管理中所面临的重要研究内容之一，通过对某土石坝的典型断面进行渗流分析与计算，选取校核洪水位、设计洪水位、正常水位为三种计算工况，计算结果表明大坝在各种工况下的渗透坡降均小于允许渗透坡降，大坝不存在渗透变形破坏，并同时确定了该工况下的浸润线位置。

参考文献

[1]吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]华东水利学院.水工设计手册[M].北京:水利电力出版社，1983.

[3]曹高文.浅谈张峰水库大坝基础帷幕灌浆[J].山西建筑，2008

[4]SL274-2001《碾压土石坝设计规范》