浅析土石坝渗流安全与加固措施.docxVIP

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浅析土石坝渗流安全与加固措施

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摘要：我县水库蓄水工程大多数兴建于上世纪50～80年代，大坝型式以土石坝为主。经过多年运行，水库大坝病险逐渐显现。渗流破坏是导致土石坝出现病险的主要原因之一，经对我县35座土坝进行安全分析评价，渗流安全等级评定为C级的有26座，占评价总数的74.3%。因此，对病险土石坝进行正确的渗流稳定分析，从而确定合理可行的渗流控制措施，是土石坝除险加固设计中的重要环节。

关键词：土坝，渗流，分析

1土石坝渗流病害特点

土石坝坝型多样，各类型式渗流特点各异，按照防渗体类型，我县土石坝主要分为均质土坝和粘土心墙土坝两种基本形式。

1.1均质土坝

该类土坝的病险大多因为施工时清基不彻底，造成坝基部分乃至全部坐落在砂砾石透水层上，或强风化等裂隙发育的岩基上，以及坝体填筑质量差，压实度及渗透性不满足规范要求，其渗流方面的病害表现主要为：

坝基渗漏严重，如我县大溪水库。

绕坝基渗漏。如我县中岭水库。

坝体散浸，坝体因为渗漏严重，造成渗流出逸点在后坝坡出露，严重造成下游坝坡沼泽化，如我县白竹水库。

土质坝体白蚁建巢，形成渗漏通道。

1.2粘土心墙土石坝

大坝由土质防渗体及透水性不同的坝壳构成，我县的心墙土石坝防渗体均为粘土，坝壳材料则有土石混合料、风化石渣料等。在其流流方面的病害表现主要为：

防渗体基础施工时清基不彻底或没有清基，基础渗漏。如我县大溪水库。

（2）防渗体与坝壳之间反滤层不满足要求或没有设置反滤层，心墙受水力破坏，心墙流漏。

（3）防渗体压实度、渗透性不满足规范要求，防渗体渗漏。如我县孝溪水库副坝。

（4）大坝产生不均匀变形引起防渗体产生裂缝，特别是横向裂缝造成防渗体渗漏。

（5）土质防渗体与刚性建筑物连接渗径偏短，特别是接触面垂直，沿刚性建筑物连接处渗漏。

2渗流分析

2.1渗透系数相对比值与渗流分析关系

渗流流网形态、逸出坡降、平均坡降值与坝体材料、地基土渗流系数K值的相对比值对比值及分布有关，与渗透系数K绝对值大小无关（但影响渗水量）。因此，主要根据坝体、地基各土层渗透系数相对比值进行渗流分析，确定合理渗控措施及结构。

（1）填料、地基土层的渗透系数相差5倍经内的相邻土层可视为一层，采用加权平均渗透系数作为计算依据。

（2）当透水地基深度大于建筑物不透水底部长度1.5倍以上时，可按无限深透水地基计算。透水层浅、薄、出口处等势线越密，垂直方向的逸出坡降越大。因此，透水层浅、薄时，出险可能性反而大。

（3）比上层地基土渗透系数小二个量级（1/100）以下的下卧层可认为是不透水层。

（4）下层土比上层土的渗透系数小一个量级〔一般取K下≤（1/30～1/50）K上〕可认为属相对不透水层。低坝的防渗渗墙或帷幕可伸入该相对不透水层。

（5）上层土的渗透系数比下层土小一个量级时，下层土内便可产生承压水。

（6）斜墙、心墙用土的渗透系数宜比相邻土层的渗透系数小二个量级（1/100）以下；铺盖用土宜比相邻土层小三个量级（1/1000）以下。相差三个量级可认为是不透水防渗体。

（7）透水盖重用的渗透系数，宜比地基表层土的渗透系数大一个量级。其渗透系数小于地基表层土的渗透系数时，会增加坝后位势，不能显著降低逸出坡降；仅为表层土的2-3倍时，渗控效果也不显著。大于10倍以上后，可基本不改变坝基原有渗压分布，降低相对不透水层中的渗流逸出坡降，增加相对不透水层抗管涌在破坏能力。

2.2渗透变形与渗透破坏形式

2.2.1无粘性土渗透变形与渗透破坏形式

1）流土：在上升的渗流作用下，局部土体表面隆起、顶穿，或者粗细颗粒群同时浮动而流失。主要发生在d60/d10＜10的土体，填料体积大于骨架孔隙体积情况下的渗流逸出处。在较均匀的粉细砂中主要形式为表面隆起、顶穿现象。在不均匀砂土层中，主要为粗细颗粒群同时浮出而流失。

流土只有破坏坡降。临界坡降与其相近。可分为无约束流土（整块土体隆起或破坏）和有盖重约束流土（砂沸、泡泉群、喷砂）。

2）管涌（潜蚀）：土体中的细颗粒在渗流作用下，由骨架孔隙通道流失。主要发生在d60/d10＞20土体中，其填料体积明显小于骨架孔隙体积情况下，可发生于颗粒粒组成不均匀砂性土的渗流逸出处或内部。有临界坡降，破坏坡降。可分为发展性管涌和非发展性管涌。

3）接触冲刷：渗流沿着两种渗透系数不同的土层接触面或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带走细颗粒，即渗透为顺接触面冲刷。主要发生于闸坝地下轮廓线与地基土的接触面、双层地基接触面、以及坝内埋管与其周围介质的接触面、刚性与柔性介质的接触面上。

4）接触流土：在层次分明，渗透系数相差悬殊的两土层中，当渗流垂