1水庫滲漏原因分析

壩后出現(xiàn)較大的滲流水量基于以下幾個(gè)主要原因：擋水結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞；沿構(gòu)造產(chǎn)生集中滲漏；庫水繞過兩壩肩的防滲體系產(chǎn)生繞壩滲漏；外水補(bǔ)給。現(xiàn)對壩后滲流原因進(jìn)行分析，對大壩安全作出綜合評(píng)價(jià)。

1.1擋水結(jié)構(gòu)破壞

壩體主要受力結(jié)構(gòu)由砂礫石構(gòu)成，目前壩體應(yīng)力和變形觀測成果表明，大壩整體的變形和位移均不大，面板應(yīng)力水平不高，各接縫位移也遠(yuǎn)小于止水結(jié)構(gòu)的變形適應(yīng)能力；而趾板是錨固于堅(jiān)硬、完整的弱風(fēng)化基巖上，面板、趾板及其接縫止水結(jié)構(gòu)不會(huì)受到結(jié)構(gòu)應(yīng)力破壞。

沿面板周邊布設(shè)的11支孔隙水壓力計(jì)，僅有5支測得了明顯的滲透水頭，位于河床部位及附近的3支（P-1-05～P-1-07）測得的壩下最高水位為1292.6～1293.1m，較為一致；兩岸趾板轉(zhuǎn)角處的P-1-04和P-1-09這2支孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)高程分別為1300.040m和1319.250m，最高滲透壓力分別為：3.1m和3.677m（相應(yīng)水位1303.140m和1322.927m）。估計(jì)是由于該兩處均位于趾板轉(zhuǎn)角處，存在趾板結(jié)構(gòu)縫和面板周邊縫的連接，接縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場搭接粘結(jié)和焊接的質(zhì)量控制難度較大，因而存在滲漏現(xiàn)象。但從P-1-04滲透壓力隨庫水位升高而增大后又減小，這應(yīng)與周邊縫止水結(jié)構(gòu)和上游鋪蓋料的自愈作用有關(guān)。隨著庫水位的進(jìn)一步升高P-1-04滲透壓力又有所增大，但未超過最高壓力值，增大趨勢明顯小于庫水位的變化。P-1-09的滲透壓力變化與P-1-04基本相同。鑒于此兩處的水頭壓力并不大，因此可以認(rèn)為這兩處的滲漏量亦應(yīng)該不會(huì)很大，且接縫止水結(jié)構(gòu)的自愈作用正在得到發(fā)揮。

通過以上分析，可以肯定壩體的主擋水結(jié)構(gòu)處于正常的工作狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生較大的滲漏。

1水庫滲漏原因分析

壩后出現(xiàn)較大的滲流水量基于以下幾個(gè)主要原因：擋水結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞；沿構(gòu)造產(chǎn)生集中滲漏；庫水繞過兩壩肩的防滲體系產(chǎn)生繞壩滲漏；外水補(bǔ)給?，F(xiàn)對壩后滲流原因進(jìn)行分析，對大壩安全作出綜合評(píng)價(jià)。

1.1擋水結(jié)構(gòu)破壞

壩體主要受力結(jié)構(gòu)由砂礫石構(gòu)成，目前壩體應(yīng)力和變形觀測成果表明，大壩整體的變形和位移均不大，面板應(yīng)力水平不高，各接縫位移也遠(yuǎn)小于止水結(jié)構(gòu)的變形適應(yīng)能力；而趾板是錨固于堅(jiān)硬、完整的弱風(fēng)化基巖上，面板、趾板及其接縫止水結(jié)構(gòu)不會(huì)受到結(jié)構(gòu)應(yīng)力破壞。

沿面板周邊布設(shè)的11支孔隙水壓力計(jì)，僅有5支測得了明顯的滲透水頭，位于河床部位及附近的3支（P-1-05～P-1-07）測得的壩下最高水位為1292.6～1293.1m，較為一致；兩岸趾板轉(zhuǎn)角處的P-1-04和P-1-09這2支孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)高程分別為1300.040m和1319.250m，最高滲透壓力分別為：3.1m和3.677m（相應(yīng)水位1303.140m和1322.927m）。估計(jì)是由于該兩處均位于趾板轉(zhuǎn)角處，存在趾板結(jié)構(gòu)縫和面板周邊縫的連接，接縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場搭接粘結(jié)和焊接的質(zhì)量控制難度較大，因而存在滲漏現(xiàn)象。但從P-1-04滲透壓力隨庫水位升高而增大后又減小，這應(yīng)與周邊縫止水結(jié)構(gòu)和上游鋪蓋料的自愈作用有關(guān)。隨著庫水位的進(jìn)一步升高P-1-04滲透壓力又有所增大，但未超過最高壓力值，增大趨勢明顯小于庫水位的變化。P-1-09的滲透壓力變化與P-1-04基本相同。鑒于此兩處的水頭壓力并不大，因此可以認(rèn)為這兩處的滲漏量亦應(yīng)該不會(huì)很大，且接縫止水結(jié)構(gòu)的自愈作用正在得到發(fā)揮。

通過以上分析，可以肯定壩體的主擋水結(jié)構(gòu)處于正常的工作狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生較大的滲漏。

論文關(guān)鍵詞：無壓；滲流；自由面；數(shù)值計(jì)算

論文摘要：在水利水電工程中，存在許多有自由面的無壓滲流問題，自由面是滲流場特有的一個(gè)待定邊界，這使得應(yīng)用有限元法求解滲流場問題時(shí)，較之求解溫度場和結(jié)構(gòu)應(yīng)力等問題更為復(fù)雜。歸納總結(jié)了無壓滲流分析的各種數(shù)值計(jì)算方法，分析比較了其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，提出了無壓滲流數(shù)值分析方法的發(fā)展趨勢。

1引言

在許多水利工程中(如土石壩滲流、混凝土壩滲流、拱壩繞流、地下結(jié)構(gòu)滲流等等)，都存在著無壓滲流問題，這類問題的關(guān)鍵在于求解滲流場的邊界，即確定事先不知道其位置的自由面和溢出面，屬于非線性邊界問題。求解該問題的有限元法以往采用移動(dòng)網(wǎng)格法。雖然取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，但也表現(xiàn)出方法本身的缺陷。為解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者致力于尋找有自由面滲流分析的新方法。其研究核心就是計(jì)算中不變網(wǎng)格，自Neumann于1973年提出用不變網(wǎng)格分析有自由面滲流的Galerkin法以來，出現(xiàn)了多種固定網(wǎng)格法，如剩余流量法、單元滲透矩陣調(diào)整法、初流量法、虛單元法和虛節(jié)點(diǎn)法等。

2無壓滲流的數(shù)值分析方法

2.1調(diào)整網(wǎng)格法

堤防穩(wěn)定滲流計(jì)算是堤防工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明8.1.2、8.1.3“大江大湖堤防，汛期擋水時(shí)間長，能形成穩(wěn)定滲流浸潤線，海堤及有些江湖堤防擋水時(shí)間短，在汛期往往未能形成穩(wěn)定滲流，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況按穩(wěn)定滲流或不穩(wěn)定滲流計(jì)算浸潤線及滲流穩(wěn)定性”。如何判斷堤防能否形成穩(wěn)定滲流，筆者就這一問題提出初步思路，以供探討。

1.影響穩(wěn)定滲流形成因素分析

1.1設(shè)計(jì)洪水過程我國河流眾多，其所處地理、氣候條件差異很大，各次洪水成因及特性亦不相同。暴雨形成的洪水過程常為峰高、量大、漲水急劇、落水緩慢。而冰雪融化所造成的洪水，流量漲落較緩慢。此外，洪水過程線形狀與流域產(chǎn)匯流條件密切相關(guān)，山區(qū)河流因坡陡流急，多出現(xiàn)峰高、量小、暴漲暴落的洪水，而大江大河多出現(xiàn)漲落平緩、歷時(shí)很長的洪水。

在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，往往需要一定的歷時(shí)（T=L/V，T為堤防斷面某一特征水位形成穩(wěn)定滲流所需時(shí)間，V為滲流速度，L為滲徑），因此，能夠在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，需要長歷時(shí)、高水位的洪水過程，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水過程線要選取相對峰型稍胖、峰值較高的過程。一般來說，大江大河的堤防工程易形成穩(wěn)定滲流，山區(qū)河流堤防相對不易形成穩(wěn)定滲流，另外蓄滯洪區(qū)堤防在大洪水期擋水時(shí)間較長，也容易形成穩(wěn)定滲流。

另外，對于設(shè)計(jì)洪水過程，其水位—?dú)v時(shí)呈反比函數(shù)關(guān)系，水位越大，歷時(shí)越短，對于能夠形成穩(wěn)定滲流的堤防，由于所采用設(shè)計(jì)水位為峰值水位，持續(xù)時(shí)間很短，不易形成穩(wěn)定滲流，而只有持續(xù)時(shí)間足夠長的某一腰值水位及其以下水位，才會(huì)在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮最不利情況，以能形成穩(wěn)定滲流的最高水位最為計(jì)算水位，進(jìn)行穩(wěn)定滲流分析，當(dāng)然，對《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中另有規(guī)定的大江大湖的堤防或中小河湖重要堤段應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流計(jì)算。

1.2堤基及堤防填筑料一般來說，形成穩(wěn)定滲流主要與堤基及堤防填筑材料的滲透系數(shù)ks有關(guān)，此外受孔隙率等條件影響，這些因素直接決定堤防滲流速度，依據(jù)達(dá)西定律（V=ks×J，ks—滲透系數(shù)，J—水力坡降），滲透系數(shù)越大，越容易形成穩(wěn)定滲流。因此，對于由砂土、砂壤土等滲透系數(shù)較大的材料構(gòu)筑的堤防，較粘土、壤土構(gòu)筑的堤防形成穩(wěn)定滲流容易，強(qiáng)透水性堤基較弱透水堤基易形成穩(wěn)定滲流。

1．工程概況

東湖水庫位于濟(jì)南市章丘市高官寨鎮(zhèn)和歷城區(qū)遙墻鎮(zhèn)，由圍壩、入庫泵站、出庫泵站、泄水閘、截滲溝等組成，是濟(jì)南市東湖供水工程的調(diào)蓄水庫。水庫總庫容5800萬m3，占地6．7km2，平均蓄水深6．6m，圍壩總長9．1km，最大壩高9．2m。東湖水庫建成后可大大緩解濟(jì)南市東部地區(qū)供水緊張狀況，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供可靠保障，并改善該地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況。

2．壩體防滲設(shè)計(jì)

為了使水庫工程經(jīng)濟(jì)合理，筑壩土料采用庫區(qū)內(nèi)取土，可取土面積4．67km2主要為粉砂、壤土、砂壤土及少量裂隙黏土。為盡量利用料場砂壤土、粉砂土，并且保證大壩安全，擬在壩體浸潤線以上2m用粉砂及砂壤土筑壩。根據(jù)砂壤土、粉砂土黏性含量低，遇水液化、塌坡、失水松散、遇風(fēng)易被揚(yáng)起等特點(diǎn)，將砂壤土、粉砂土內(nèi)包，四周用壤土保護(hù)。圍壩上游護(hù)坡采用14cm厚混凝土預(yù)制板，下鋪500g／cm2復(fù)合土工膜一層，再向下鋪設(shè)10cm厚的中砂墊層。

3．壩基防滲設(shè)計(jì)

東湖水庫壩基地層為第四系土，從上到下主要為粉砂、裂隙黏土、砂壤土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂、壤土夾礓石、黏土夾礓石、砂壤土、粉細(xì)砂和壤土夾礓石，共10層。第6層壤土夾礓石埋深為10～18m，滲透系數(shù)為10－5cm／s，分布連續(xù)，工程地質(zhì)條件較好，可視為相對不透水層。根據(jù)東湖水庫工程地質(zhì)勘察報(bào)告，壩基年滲漏量1620萬m3，占設(shè)計(jì)庫容的38．6％，滲漏嚴(yán)重，必須采取壩基截滲措施。

1基本情況

1.1工程概況

黃壁莊水庫位于河北省省會(huì)石家莊市西北30km滹沱河干流上，總庫容12.1億m3，設(shè)計(jì)水位127.6m，正常蓄水位120.0m。主壩工程于1958年始建，1959年攔洪，經(jīng)歷了1963年大洪水，1968年完成壩頂高程由125m擴(kuò)建到128.7m。主壩位于馬鞍山腳下，南端自正常溢洪道左邊墩起，北跨過滹沱河河床與非常溢洪道右邊墩相接，主壩全長1843m，最大壩高30.7m，為水中倒土均質(zhì)壩。

1.2工程地質(zhì)概況

主壩工程樁號(hào)由0+156.038～1+999.076，兼跨了馬鞍山殘丘、一級(jí)階地、河床、二級(jí)階地四個(gè)地貌單元。

河床右岸，0+156～0+300為一級(jí)階地，有3.0m厚的紅土層，基巖為大理石千枚巖及其互層，大理巖千枚巖溶蝕嚴(yán)重。

1滲流分析的基本理論

1．1達(dá)西定律

法國工程師Darcy經(jīng)過滲透實(shí)踐驗(yàn)證，滲流量q不只同截面面積a成正比例，還與水頭耗損(h1－h(huán)2)正比，與滲徑尺寸l成反比，帶入土粒構(gòu)造與流體特性的定性常數(shù)k。

1．2滲流連續(xù)方程

滲流連續(xù)方程通常以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，考慮可壓縮土體的滲流加以引證，即滲流場中水在某一單元體內(nèi)的增減速率等于進(jìn)出該單元體流量速率之差。對于每一個(gè)流動(dòng)的過程而言，皆是在特定的空間流場之中發(fā)生的，沿著其邊界發(fā)揮支配功能的條件，成為邊界條件。在開始進(jìn)行研究的時(shí)候，在流場之內(nèi)，流動(dòng)的狀態(tài)與其支配條件，成為初始條件。邊界條件與初始條件合稱定解條件。定解條件普遍是由室外測量數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)得出的，其對流動(dòng)過程有著決定性功用。找尋某個(gè)函數(shù)(假如水頭)，讓其在微分方程的條件下，又可以適應(yīng)定解條件的便可認(rèn)為是定解問題。

2滲流計(jì)算

1、引言

隨著人類工程和開采活動(dòng)的日益增加，其影響越來越多地涉及到地下裂隙巖體，并且人類工程和開采活動(dòng)與裂隙巖體之間的相互作用有著日益加劇的趨勢，這使得人們對裂隙巖體的工程及開采特性備加關(guān)注。隨著工程實(shí)踐和科學(xué)研究的深入，人們已逐漸認(rèn)識(shí)到裂隙巖體所賦存地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性及其所誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的多變性，于是劉繼山、仵彥卿、柴軍瑞、黃濤等國內(nèi)一些專家學(xué)者在不同程度、不同角度對裂隙巖體賦存地質(zhì)環(huán)境中各個(gè)因素之間相互影響作用的課題進(jìn)行了有意義的探索和研究。裂隙巖體中存有地下水，地下水在巖體中會(huì)產(chǎn)生滲流，在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，不同的因素之間隨著時(shí)間、空間而發(fā)生著復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化，其中裂隙巖體中滲流的熱學(xué)效應(yīng)（滲流對溫度的影響機(jī)理）是一個(gè)比較重要的影響方面。

2、裂隙巖體地下水滲流的基本理論

對于裂隙巖體滲流的熱學(xué)效應(yīng)的分析，首先應(yīng)先了解巖體滲流的基本理論。一般情況下，巖體的各個(gè)裂隙中均含有水，而地下水在巖體中會(huì)產(chǎn)生滲流，所謂滲流是指含空隙（孔隙、裂隙等）介質(zhì)中流體（液體、氣體）通過空隙的流動(dòng)[1]。地下水的流動(dòng)是最典型的滲流現(xiàn)象，裂隙巖體中地下水的滲流特性體現(xiàn)了滲流理論的主體特征。

2.1達(dá)西（Darcy）定律

達(dá)西定律的最初表達(dá)式[2]（Darcy，1855年提出）：

1滲流熱監(jiān)測技術(shù)的基本原理

土石壩的土石體介質(zhì)內(nèi)非滲流區(qū)的溫度場分布受單純的熱傳導(dǎo)控制，在土石體表層10~15m范圍內(nèi)，溫度場受流體(空氣、水)的季節(jié)性溫度變化控制，越靠近表面區(qū)域與流體溫度越一致。由于土體具有較低的熱傳導(dǎo)特性，土體導(dǎo)熱率低，溫度場分布較均勻，流體溫度與土體內(nèi)部的溫度差別隨深度而增加。

當(dāng)土石體內(nèi)存在大量水流動(dòng)時(shí)，土石體熱傳導(dǎo)強(qiáng)度將隨之發(fā)生改變，如滲透系數(shù)大于10-6m/s，土石體傳導(dǎo)熱傳遞將明顯被流體運(yùn)動(dòng)所引起的對流熱傳遞所超越。即使很少的水體流動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致土石體溫度與滲漏水溫度相適應(yīng)，由此引起溫度場的變化。

將具有較高靈敏度的溫度傳感器埋設(shè)在土石壩的土石介質(zhì)的擋(蓄)水建筑物的基礎(chǔ)或內(nèi)部的不同深度。如測量點(diǎn)處或附近有滲流水通過(滲透流速一般必須大于10-6m/s)，水流的運(yùn)動(dòng)和遷移，土中熱量傳遞的強(qiáng)度發(fā)生改變，將打破該測量點(diǎn)處附近溫度分布的均勻性及溫度分布的一致性。土體溫度隨滲水溫度變化而變化。在研究該處正常地溫及參考水溫后，就可獨(dú)立地確定測量點(diǎn)處溫度異常是否是由滲漏水活動(dòng)引起的，這一變化可作為滲漏探測的指征，從而實(shí)現(xiàn)對土體內(nèi)集中滲漏點(diǎn)的定位和監(jiān)測。

2滲流熱監(jiān)測技術(shù)的研究歷史和現(xiàn)狀

2.1利用點(diǎn)式熱敏溫度計(jì)測量溫度進(jìn)而監(jiān)測滲流場

摘要：文章主要對土石壩工程類別、工程建設(shè)中存在的滲流進(jìn)行分析以及施工實(shí)施過程中應(yīng)如何確保工程質(zhì)量

關(guān)鍵詞：土石壩滲流原理及其控制工程質(zhì)量

土石壩是目前世界壩工建設(shè)工程中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。與其他壩型相比較，無論從經(jīng)濟(jì)方面還是從施工方面，土石壩具有絕對的優(yōu)勢，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)世界土石壩占大壩總數(shù)的82.9%，而在中國土石壩數(shù)量占到大壩總數(shù)的93%。

因土石壩的施工所用材料一般采用就地開采，同時(shí)在施工中充分利用各種開挖料，包括當(dāng)?shù)赝亮?、石料或混合料，土石壩的施工即是將這些材料經(jīng)過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩，故土石壩又稱作當(dāng)?shù)夭牧蠅?，對于壩體材料以土和砂礫為主時(shí)，稱土壩；以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí)，稱堆石壩；當(dāng)兩類當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時(shí)，稱土石混合壩。

土石壩按施工方法的不同，土石壩可分為：碾壓式土石壩、沖填式土石壩、水中填土壩和定向爆破堆石壩等。其中應(yīng)用最為廣泛的是碾壓式土石壩，其主要特點(diǎn)是對基礎(chǔ)要求低、適應(yīng)基礎(chǔ)變形強(qiáng)。

土石壩按壩高可分為：低壩、中壩和高壩。而高壩筑壩技術(shù)是近代才發(fā)展起來的。