土石坝抗渗分析与相关技术应用.docVIP

土石坝抗渗分析与相关技术应用 　　随着我国经济水平的高速发展，水利建设工程也取得了很大的发展。迄今为止，我国已经完成修建的各类水库工程在防洪发电、城市供水灌溉等方面发挥了巨大的经济效益和社会效益，而这些已建水库工程当中，有绝大部分水库工程都是土石坝工程。碾压式土石坝主要由土、石料等当地材料分层填筑并压实而成，根据土料在坝身内的配置和防渗体所用材料的种类主要分为均质坝、土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体坝三种。这种土石坝在建设过程中，由于早期的建设工程规划缺乏科学的严谨性，在技术上有所局限，因而存在许多病险症状。 　　抗渗技术和深层滑动稳定计算作为土石坝设计过程中最重要的两个部分，对土石坝的各项性能指标有着很大的影响。本文主要介绍土石坝抗渗分析与相关技术应用，以及在深层滑动破坏计算过程中的一些指标选取计算方法。 　　1土石坝抗渗分析与技术应用 　　在碾压式土石坝中，渗透水对坝体、坝基的渗透破坏比较隐蔽，不容易发现，因而给坝体带来的危害性很大，如果抢修不及时，会产生严重后果。因此，进行土石坝的抗渗分析十分重要，抗渗分析的主要目标是为了确定渗透比降、浸润线位置以及坝体与坝基的渗流量，从而采取一系列的防渗技术，将渗流量控制到允许的范围内，提高土石坝的稳固性。渗流分析的方法主要包括水力学方法和流网法，以下简要分析这两种方法的渗流计算。 　　（1）水力学方法。 　　水力学方法可用来近似确定浸润线的位置，计算渗流流量、平均流速和比降。水力学方法采用的基本假定是：假设渗流为缓变流动，等势线和流线均缓慢变化。渗流区可用矩形断面的渗流场模拟（图1）。 　　渗流量q和渗流水深Hx的计算公式为：　　　　式中H1、H2———分别为上、下游水深； ??? L———渗流区长度； ??? x———计算点至下游面的距离。 　　（2）流网法。 　　　　流网法是一种图解法，它的基本特性在于等势线和流线互相正交；流网各个网格的长宽比保持为常数时，则相邻等势线间的水头差相等，各相邻流线间通过的渗流量相等；上游水位下的坝坡和库底以及下游水位下的坝坡和河底均为等势线，总水头等于坝上、下游的水位差；坝底下不透水层面为一流线，其水头等于线上各点的y坐标；在两种渗透系数不同的土层交界面上，流线间的夹角成如下关系：tanα1/tanα2=k1/k2等等。等势线和流线互相正交；如图2为均质坝的流网特性图。在任何一个平面势流里，流网具有以下两个特性：组成流网的两组线(流线和等势线〕是互相垂直的；流网中每一网格的边长应维持一定的比值，当比值取为1时，网格成正方形。以流网的上述特性作为基础，可用手绘或试验的方法绘制流网。　　 　　（3）抗渗技术应用 　　劈裂灌浆防渗技术：该防渗技术的机理是以劈裂灌浆的方式，让土石坝的坝体沿着坝轴线的形成浆坝互压，坝体湿陷固结作用，坝体内部应力调整，最终形成（10~50）cm厚度的连续水泥墙，增加坝体的密实度，从而提高土体的防渗功能。这种技术的优点体现在取材简单、施工方便、工效高，它在起到防渗作用的同时也能加固土石坝体。近年来，主要推行的劈裂灌浆防渗技术，其施工方案是沿着堤坝轴线布扎，进行压力灌浆，就能够很好地实现定向劈裂，并且抗渗性能较高。 　　倒挂井防渗墙加固技术：该技术采用的是构建整体混凝土防渗幕墙，在实施过程中，采用单井开挖、主井先挖、副井后挖并且相互搭接的方法，这种方法的土压力小、土供作用小，并且单井操作工作量小、设备简单、施工安全性高。但同时存在防渗幕墙施工困难接缝多的问题，现阶段采用的倒挂井防渗加固技术，主要采用的是组井卡瓦的方法，可有效减少混凝土接缝的数量，保证施工质量。 　　现阶段我国对于水库除险加固工作以及土石坝防渗工作积累了丰富的技术经验，并且随着水利建设技术的不断更新，在土石坝防渗技术应用上也推出了比较多的新技术，例如：冲抓套井回填防渗墙技术、振冲加固技术、射水造孔技术、坝基岩溶防渗等技术，这些技术能够更好地提高土石坝的防渗能力，发挥其防洪与兴利的双重功效，由于篇幅关系，这里就不一一介绍了。 　　2土石坝深层滑动破坏浅析 　　深层滑动问题，涉及到土石坝坝基的稳固性能，对土石坝的使用性能以及坝体安全性有着很大的影响作用。土石坝失稳破坏形式包括坝坡坍滑、液化破坏以及塑性流动等等。一般来说，坝基深层滑动破坏受到许多坝基地质因素的影响，如力学分析的方法,岩体抗剪强度指标的选取,下游抗力体和侧向切割面的抗滑作用，抗滑安全系数的采用,滑动面上扬压力的计算等。以下简要分析力学分析方法、岩体抗剪强度指标的选取以及抗滑安全系数三种因素。 　　（1）力学分析方法 　　近年来，对于碾压式土石坝坝基深层滑动破坏的力学分析方法主要为有限元法和结构地质力学模型法，他们的主要优势在于在分析过程中，能够较为全面地掌握坝基所出现的位移状态，从而了解失稳的形态。但也存