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淺析土石壩滲流安全與加固措施

  
評(píng)論: 更新日期:2013年06月24日

  2)接觸流土:在粘性土與粗粒材料接觸處,發(fā)生土體向粗粒空隙中移動(dòng)的流土破壞現(xiàn)象。土體破壞前,滲流出逸體積略有增大,且升起土冠或在土的表面產(chǎn)生裂縫,然后產(chǎn)生流土,呈圓錐狀脫落。
  3)剝落:當(dāng)滲透水流經(jīng)粘性土向設(shè)有粗料材料蓋重一側(cè)滲透時(shí),未被粗料材料遮蓋住部位產(chǎn)生逐暫剝落,形成深洼。剝落深度約為粗粒土孔隙直徑Do的1/2。
  4)接觸沖刷:沿相鄰不同土層的層間流動(dòng)產(chǎn)生沖刷。
  5)發(fā)展性管涌:主要在分散性粘土中產(chǎn)生。
2.2.3基巖中的斷層及軟弱夾層內(nèi)的充填物產(chǎn)生的滲透變形
  1)沖刷:斷層及軟弱層內(nèi)的土顆?;蛄F(tuán)在滲流作用下,各自被水流沖動(dòng)帶走的現(xiàn)象。
  2)流土:斷層及軟弱層內(nèi)有一定體積的土顆粒在滲流作用下,同時(shí)動(dòng)動(dòng)、流失現(xiàn)象。
  3)灌淤:滲透水?dāng)y帶的土粒及其它物質(zhì)在巖層裂縫及介質(zhì)孔隙中沉聚現(xiàn)象。
  4)由于基巖滲透破壞,直接使土壩失事可能性不大。直接興建于基巖上的土石壩失事有可能因基巖中的裂隙滲流對(duì)防滲體的沖刷,招致工程病險(xiǎn)。
2.3允許滲流坡降
  開始發(fā)生滲透變形以前的最大滲流坡降為臨界坡降。當(dāng)滲流坡降小于臨界坡降時(shí),管涌土的土料處于滲透靜穩(wěn)定狀態(tài)。土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲透破壞的最小滲流坡降為破壞坡。當(dāng)滲流坡降小于破壞坡降時(shí),管涌土處于滲透穩(wěn)定狀態(tài)。砂性土的破壞坡降約等于土的浮比重。
  砂性土防止管涌出現(xiàn)的允許坡降,采用臨界坡降的1/1.5~1/2,或破壞坡降的1/2~1/3;防止流土出現(xiàn) 的允許坡降采用破壞坡降的1/2~1/3。
 ?。?)砂性土允許逸出坡降:0.25~0.3;粉土0.45~0.5;中砂以上砂礫,流土型為0.25~0.8,過度型0.25~0.4,級(jí)配連續(xù)管涌型0.15~0.25,級(jí)配不連續(xù)管涌型0.1~0.15。
 ?。?)砂性土及軟粘土允許滲透坡降:管涌發(fā)展串道形成管道,主要決定于地基的平均滲透坡降是否超過臨界值。一般情況下:粉砂允許平均滲流坡降0.005~0.07,細(xì)砂允許平均滲流坡降0.07~0.1,中砂允許平均滲流坡降0.1~0.13,粗砂允許平均滲流坡降0.13~0.17,中細(xì)礫允許平均滲流坡降0.17~0.22,軟粘土允許平均滲流坡降0.3~0.4。
 ?。?)粘性土的抗?jié)B強(qiáng)度較高,但遭遇偶然因素影響的局部抗?jié)B強(qiáng)度則低得多。因此,粘性土層的允許滲流坡降取破壞坡降的1/6~1/12(在有可靠反濾層保護(hù)下)。一般粉質(zhì)粘土為3~6,0粘土為6~10。無可靠反濾保護(hù)層時(shí),粉質(zhì)粘土僅為0.5~0.6。
 ?。?)粘土均質(zhì)壩的滲流逸出面無反濾保護(hù)材料時(shí),為滿足背水坡滲流逸出坡面不產(chǎn)生流土坡壞,應(yīng)滿足tgθ<0.5tgφ。式中θ為坡角,φ為坡面土的內(nèi)摩擦角。一般φ=18~26°,則θ=9~14°,即邊坡應(yīng)緩于1:4~1:6,工程中難以做到,因此粘性土坡面滲流逸出部位要設(shè)有反濾層的貼坡排水或排水棱體。
 ?。?)巖層內(nèi)的斷層、軟弱夾層內(nèi)的充填物滲透坡壞坡降范圍為10.5~37,一般為18~20;臨界坡降一般為8~11;允許坡降2~5。
2.4無截滲設(shè)施的地基滲流特點(diǎn)
 ?。?)單一地基:多為級(jí)配和透水性較均勻結(jié)構(gòu),一般不會(huì)在壩基內(nèi)產(chǎn)生承壓水,單一粘性土地基,滲流問題不大;單一砂性地基為管涌險(xiǎn)情多發(fā)地段。
 ?。?)雙層地基:多由表層弱透水粘性土與下臥的強(qiáng)透水砂層組成地元結(jié)構(gòu)。在高水位長期作用下,粘性土層的薄弱處有可能被承壓水頂穿,形成集中出水口,發(fā)生管涌或流土。
 ?。?)多層地基:強(qiáng)弱透水層形成互層結(jié)構(gòu),可能形成多個(gè)承壓層。當(dāng)表層透水性較緊鄰下層要弱,滲流特性與雙層地基相近。當(dāng)表層透水性較緊鄰下層強(qiáng),按單一砂層分析表層滲透穩(wěn)定性和雙層地基分析析兩層以上土層的滲透穩(wěn)定性。
3 滲流控制原則及防滲加固措施
3.1滲流控制原則、
 ?。?)土石壩及地基、兩岸壩肩的滲流控制應(yīng)使?jié)B徑、滲流坡降(平均坡降、逸出坡降)、滲水流速(裂隙巖體、接觸面)及滲水量(尤其是缺水地區(qū))控制應(yīng)小于允許值。其基巖滲控應(yīng)防止防滲體底部受巖體裂隙滲流沖刷。
  (2)土壩滲流控制措施主要為“前堵、中截、后排”,其地基為“前延、中截、后壓排”。
  (3)土石壩長期運(yùn)行,填料及其地基土層工程力學(xué)性質(zhì)已有所改變,采用的計(jì)算、分析參數(shù)應(yīng)以近期勘測(cè)、實(shí)驗(yàn)成果為主,并考慮壓密、滲透加固與破壞情況進(jìn)行綜合分析。
 ?。?)土石壩常年擋水,可形成較穩(wěn)定滲流形態(tài),宜按最不利穩(wěn)定滲流場(chǎng)設(shè)計(jì)。
  (5)采用的防滲加固措施,應(yīng)充分利用已有的防滲、反慮、排水措施,形成連續(xù)、完整防滲體。
  (6)防滲體不能與表面張開裂隙直接接觸。壩身與壩基及不同土質(zhì)接觸長度應(yīng)滿足不產(chǎn)生接觸沖刷要求。
 ?。?)地質(zhì)條件和工程復(fù)雜的病險(xiǎn)土石壩,采用單一的技術(shù)措施往往難以湊效或不經(jīng)濟(jì),宜采用綜合防滲加固措施。
 ?。?)應(yīng)有利于盡早釋放滲透壓力,以增加下游壩坡及地基靜力穩(wěn)定性。一般宜采用截?cái)酀B流的著底式防滲體。當(dāng)采用完全截?cái)酀B流措施不經(jīng)濟(jì)合理時(shí),采用的措施應(yīng)亦有有利于滲流分散,滲流坡降均勻。
  (9)新采用的防滲體大多難以在其兩側(cè)形成反濾層、過渡層。因此,采用的防滲材料應(yīng)有較小的防滲系數(shù),較大的允許滲流坡降和較強(qiáng)抗溶濾能力。
 ?。?0)采用的防滲措施應(yīng)施工場(chǎng)地要求不大,最好能在一個(gè)枯水期完成,能適應(yīng)在一定水頭差情況下施工。
3.2防滲加固措施
  土石壩防滲措施一般分為水平防滲與垂直防滲兩大類措施,在加固工程中,對(duì)于水平防滲,一方面須對(duì)存在問題的水平鋪蓋進(jìn)行修復(fù),另一方面須加固壩體的防滲體。在進(jìn)行減滲的同時(shí),還必須結(jié)合采用適當(dāng)?shù)呐艥B措施,例如排滲溝、減壓井、排水反慮體等措施。垂直防滲是加固工程防滲處理措施中十分常見的工程措施,采用垂直防滲,對(duì)透水地基來說,與水平防滲措施相比,截流效果更顯著。垂直防滲措施主要有水泥灌漿防滲、土工合成材料防滲、高壓噴射灌漿防滲、沖抓套井回填、側(cè)掛井人工垂直開挖防滲墻、劈裂灌漿防滲、深層攪拌連續(xù)防滲墻、混凝土防滲墻等。
  我縣在病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程中采用了1、土工合成材料防滲(如白竹水庫等);2、水泥灌漿防滲(如鐘靈水庫、帥家水庫、大溪水庫、孝溪水庫主壩、徐家水庫、六崗灣水庫等);3、劈裂灌漿防滲(如孝溪水庫副壩等)。通過整治,各水庫大壩防滲效果較好,完全能保證大壩滲流安全要求。
4 結(jié)語
  在病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)壩體、壩基工程地質(zhì)條件、壩體結(jié)構(gòu)型式、大壩高度等因素,合理的進(jìn)行滲流安全分析,采用合理的除險(xiǎn)加固防滲措施,確保水利工程安全運(yùn)行,充分發(fā)揮水利工程效益。
參考文獻(xiàn):
[1]郭宗閔;《水工建筑物》;水利電力出版社
[2]孫東坡;《水力學(xué)》;黃河水利出版社
[3]水工設(shè)計(jì)手冊(cè);第一版;水利電力出版社
[4]陳軍斌主講;滲流力學(xué);網(wǎng)絡(luò)視頻
[5]翟云芳;《滲流力學(xué)(第三版)》;石油工業(yè)出版社
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