深厚覆盖层弱透水层对防渗墙防渗效果的影响

在深厚覆盖层上建坝,坝基防渗是工程成败的关键。采用有限元软件Seep/w分析强、弱透水层二元结构深厚覆盖层上土石坝渗流问题,研究防渗墙深度及形式对大坝渗流量、坝基出逸坡降、防渗墙底部渗透坡降的影响规律,对比分析悬挂式防渗墙、半封闭式防渗墙、全封闭式防渗墙对坝基的控渗效果。计算结果表明:防渗墙穿过弱透水层,悬挂式防渗墙转为半封闭式防渗墙,坝基渗流、坝基出逸坡降显著降低(分别下降54.3%、70.0%)。因此,防渗墙和弱透水层联合防渗能显著提高垂直防渗墙的控渗效果,半封闭式防渗墙的防渗效果大大优于悬挂式防渗墙。二元结构深厚覆盖层上土石坝垂直防渗墙的最优深度为防渗墙刚穿过弱透水层(连续)时的深度;此外,研究还发现当防渗墙将要伸入弱透水层时,防渗墙底渗透坡降急剧上升,出现极大值,工程应用中应引起足够重视,防止发生局部渗透破坏。     

无限深透水坝基上悬挂式防渗墙控渗试验研究

无限深透水地基上巨厚覆盖层的渗流控制是大坝建设成败的关键问题之一。悬挂式防渗墙已在许多此类工程中使用,但其控渗效果和渗流机理的分析研究仍未达成共识。为了进一步研究悬挂式防渗墙的渗流机理和控渗效果,应用无限单元和有限单元结合法来模拟无限深透水地基,分析不同渗透系数、防渗墙深度和水头差时坝基渗流量和渗透坡降的变化规律,拟合出精度较高计算式,并通过渗流槽模型试验进行了验证。分析研究发现,悬挂式防渗墙在控制无限深透水地基渗透坡降方面效果明显,能有效遏制渗透破坏;在控制渗流量方面,悬挂式防渗墙深度越大效果越明显,但需要辅助措施联合控制才能实现经济合理、技术可行的目标。分析研究结果有利于进一步认清悬挂式防渗墙的控渗规律。     

悬挂式防渗墙控制管涌发展的试验研究

在试验室水槽中进行了有悬挂式防渗墙的砂质堤基的渗流模型管涌试验，取得了不同贯入度悬挂防渗墙防止管涌效果的系列试验成果，论证了悬挂式防渗墙对覆盖土层下粉细砂地基发生管涌时有截断通道、控制管涌发展的显著功效。根据试验资料确定了悬挂式防渗墙及其前后水平段的渗流临界坡降，给出了管涌险情是否会影响大堤安全的估算公式。     

深厚覆盖层中局部强透水层对渗流的影响研究

中国西部地区的深厚覆盖层坝基中常存在局部强透水层,其孔隙比大和渗透性强等特点对坝基渗流存在不利影响,是渗流控制中的薄弱环节。基于非饱和土渗流理论,借助有限元软件Seep/w建立数值模型,得出渗流量和坝踵处渗透坡降、出逸坡降,分析强透水层深度、厚度、连续性对渗流场的影响。结果表明:当强透水层深度大于防渗墙时,渗流量和坝踵处渗透坡降随强透水层深度的增大而减小;反之,渗流量则随着强透水层深度的增加而增大,坝踵处渗透坡降先降低后增大。渗流量、坝踵处渗透坡降、出逸坡降皆随着强透水层厚度的增加而增大。渗流量和出逸坡降随着强透水层上游开口长度的增加而增大;坝踵处渗透坡降以上游开口长度50 m为分界线,先增大后降低。渗流量和坝踵处渗透坡降以下游开口长度40 m为分界线,先增大后降低;出逸坡降随强透水层下游开口长度的增加而增大。当防渗墙深度小于55 m时,渗流参数随强透水层底端开口长度的增加而显著增大;当防渗墙深度为60～100 m时,渗流参数仅有较小幅度增大;当采用全封闭式防渗墙时,渗流参数随着底端开口长度的增大反而降低。     

强弱透水相间深厚覆盖层坝基的渗流分析

覆盖层深厚且为强弱透水互层的闸坝基础在我国西南部河流中很常见,防渗墙通常作为坝基渗流控制设施。渗流有限元计算中,该种坝基上下游覆盖层截断边界面位置及其边界条件的设置往往是影响结果的重要因素,对其确定方法的研究具有重要的实用意义。提出了渗流计算中采用缩尺单元方法分析坝基覆盖层截断面边界合理位置的方法。该方法只需要一个计算网格就可实现合理截断面边界位置的确定和正式的渗流计算分析。硬梁包水电站坝基为典型的强弱透水互层,其渗透系数差异达到了3个数量级。初步设计方案稳定渗流计算工况对渗流量基本不影响的上下游不透水截断边界面的位置离坝轴线远达40~80km。尽管河谷宽度与水位差之比高达16, 该坝基相对不透水土层的局部缺失使渗流场有显著的三维特征。计算结果中防渗墙毗邻区域弱透水土层内的渗透坡降数倍于允许坡降,然而这些部位在防渗墙完整的前提下渗透破坏的风险却很小。渗透坡降的方向特征及渗透变形发生后的演化特征对渗透稳定风险评价是很重要的。     

强弱透水相间深厚覆盖层坝基的渗流分析

覆盖层深厚且为强弱透水互层的闸坝基础在我国西南部河流中很常见，防渗墙通常作为坝基渗流控制设施。渗流有限元计算中，该种坝基上下游覆盖层截断边界面位置及其边界条件的设置往往是影响结果的重要因素，对其确定方法的研究具有重要的实用意义。提出了渗流计算中采用缩尺单元方法分析坝基覆盖层截断面边界合理位置的方法。该方法只需要一个计算网格就可实现合理截断面边界位置的确定和正式的渗流计算分析。硬梁包水电站坝基为典型的强弱透水互层，其渗透系数差异达到了3个数量级。初步设计方案稳定渗流计算工况对渗流量基本不影响的上下游不透水截断边界面的位置离坝轴线远达40~80km。尽管河谷宽度与水位差之比高达16，该坝基相对不透水土层的局部缺失使渗流场有显著的三维特征。计算结果中防渗墙毗邻区域弱透水土层内的渗透坡降数倍于允许坡降，然而这些部位在防渗墙完整的前提下渗透破坏的风险却很小。渗透坡降的方向特征及渗透变形发生后的演化特征对渗透稳定风险评价是很重要的。     

闸坝防渗墙开裂的数值计算与分析

采用数值计算和模型试验相结合的方法,对防渗墙不同开裂位置进行模拟,分析了其对防渗墙渗流特性的影响.结果表明:防渗墙的渗流量随着上下游水头差增大及开裂位置的上移而不断增大.防渗墙削减水头的作用随着开裂高程的增加而增大,随上下游水头差的变化不明显.出逸点渗透坡降随防渗墙开裂位置升高而增大,而防渗墙下基岩坡降随开裂位置升高而降低.总之,防渗墙开裂的位置越靠上,对工程安全越不利.     

南湾水库坝基顺河断层管涌试验分析

南湾水库受构造运动影响坝基处发育顺河断层,为了评价顺河断层的渗漏及渗透稳定性,本文采用钻孔压水管涌试险方法对断层发生管涌渗透破坏进行分析,求得了渗透破坏坡降,提出渗透破坏坡降建议值,并总结出破坏规律,为设计取值提供了理论依据,同时也为类似工程求取渗透破坏坡降提供了一种切实可行的方法。     

基于数值模拟的土石坝防渗墙渗流稳定性分析

为了研究混凝土防渗墙在不同工况下的渗流稳定性，基于数值模拟系统，分析防渗墙深度对渗流场影响以及材料渗透系数敏感性变化规律。结果表明：(1)坝基渗流量及坝后出逸点水力坡降受防渗墙的深度影响较大，随防渗墙深度的增大，坝基渗流量和总渗流量减小。当防渗墙深度小于40m时，坝基渗流量和总渗流量随防渗墙的深度增大而显著减小。(2)当防渗墙底端为不同材料的交界面时，墙底水力坡降较大，实际工程中应尽量避免墙底位于不同材料的交界处；对于封闭式防渗墙，需设计较大的嵌固段深度，以保证墙体不发生严重的局部冲刷。(3)当无量纲渗透系数小于1时，随渗透系数比的增大，不同工况下防渗墙底部水力坡降减小，但减小速率越来越平缓。研究结果显示，防渗墙深度大于40m即可满足防渗和大坝的稳定性要求。     

西藏老虎嘴水电站左岸防渗墙布置方案优化

老虎嘴水电站左岸为古河槽,覆盖层最深达203m,初步设计采用悬挂式防渗墙进行渗流控制.在深入分析左岸渗流场特性的基础上,对悬挂式防渗墙的长度、左端深度进行优化,选定满足渗流控制要求且面积最小的防渗墙布置方案.通过对优化结果进行分析可知,取消右下部防渗墙对渗透流量影响较小,防渗墙起坡点位置及防渗墙长度对渗透坡降影响较大.此外,确定了左副坝防渗墙的压力水头,可供验算垂直防渗墙的稳定性以及防渗墙的结构应力.     

弱透水层深度对深厚覆盖层坝基渗控的影响研究

在深厚覆盖层坝基中不同深度处常含有单层、连续、等厚弱透水层,如何将防渗墙和弱透水层优化结合形成联合防渗体以减小防渗体的深度,值得深入探讨。采用Seep/w软件分析了强、弱透水层二元结构深厚覆盖层坝基的渗流量、出逸坡降、防渗墙底部坡降,探讨了不同深度处的弱透水层对坝基渗流影响的规律。研究发现,坝基中未设置垂直防渗墙时,弱透水层所处的位置越浅,越能有效降低渗流量、抑制坝基坡降;弱透水层所处的位置较深时,对大坝掺控则不利。坝基中设置垂直防渗墙时,较深的弱透水层与防渗墙形成的封闭式联合防渗体系,相比较浅的封闭式联合防渗体系,更能有效降低渗流量、抑制坝基出逸坡降。深厚覆盖层中弱透水层的存在能有效降低坝基控渗的成本。研究成果可为强弱透水互层的坝基掺控方案确定提供参考依据。     

南京江宁区长江干堤应急加固渗控方案

基于稳定饱和渗流基本理论,采用等效连续介质模型,建立了南京市江宁区长江干堤有限元模型,对垂直防渗墙、黏土铺盖、排水褥垫以及深层搅拌桩等4种渗流控制措施进行了分析和比较,并计算了堤体及周围土体的渗流特性和渗透破坏情况。计算结果表明,采用(混凝土)防渗墙和利用深层搅拌桩处理可达到堤防防渗和加固的效果。     

堤防管涌渗流场响应特征的数值模拟

采用数值模拟方法研究了管涌发生后堤防渗流场响应特征,探究了堤防不同深度和不同水平位置处的孔隙水压力变化规律,分析了管涌位置和管涌通道尺寸对堤防孔隙水压力变化的影响,提出了基于孔隙水压力变化特征快速识别堤防管涌险情的思路,得到了可用于堤防管涌监测的孔隙水压力测量设备合理布设区域。结果表明：管涌发生后,堤防不同位置处的孔隙水压力均出现一定程度的降低,管涌通道底部及其上部1m深度范围内孔隙水压力有较大幅度的降低,可作为监测管涌发生的孔隙水压力测量设备埋设深度范围;管涌发生后,同一水平面上与管涌通道距离相同的位置孔隙水压力变化基本一致;管涌通道与堤脚的距离越远,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率越小;随着管涌通道直径的增大,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率显著增大。     

散粒土渗透破坏判别方法试验研究

渗透破坏是诱发土石坝、堤防、基坑开挖等岩土工程失稳破坏的重要原因之一,目前对于土体渗透破坏判别方法的研究已经取得了比较多的成果,但是对于不同判别方法的适用性和使用范围没有明确的划分。利用自主研发的渗透破坏实验装置,开展了一系列散粒土渗透破坏特性试验,研究了细颗粒含量、细颗粒组成以及干密度等对散粒土渗透破坏特性的影响,得到了试样渗透破坏过程中渗流流速、临界水力梯度、渗透系数等的变化规律。同时,将试验结果与已有的判别方法和计算方法的结果进行了对比分析,得出了各种方法的适用范围和优缺点。     

双层堤基异常渗漏对堤防温度场分布的影响研究

通过对双层堤基异常渗漏险情作用下的温度场进行分析计算,结果表明,渗流场对堤防内部的温度场分布具有重要影响,当覆盖层中薄弱环节的渗透系数超过粉砂以后,即可在渗漏通道出口观测到明显的低温区,并且该低温区受气温变化的影响较小,因此,通过监测堤防背水侧地面温度的异常变化进而探测出异常渗漏险情在技术上具有一定的可行性,并且在异常渗漏险情发生和发展的早期即可成功探测到,有利于实现"抢早抢小"的目标。研究成果可以为堤防渗漏险情快速遥感探测技术的进一步研发提供一定的理论支撑。     

万安水电站土石坝坝体渗流特性分析

渗流特性是反映土石坝运行性态的重要内容。依据万安水电站土石坝坝体测压管渗压水位监测资料,从渗压水位变化过程、渗压水位与上游水位相关性、坝体浸润线和心墙渗透坡降等方面,对大坝渗流特性与渗流状态进行了分析与评价。研究表明,万安水电站土石坝坝体渗压水位变化规律和坝体浸润线状态合理,心墙防渗效果较好,坝体渗流特性正常。     

堤基渗流破坏影响因素试验研究及数值模拟

;堤基防渗处理多采用"前截中压后排"的方法,通过砂槽模型试验研究,分析覆盖层模拟方式、压盖重量、悬挂式防渗墙、渗流出口型式等工程因素对渗流破坏的影响,并采用流体动力学有限体积方法对试验工况进行了数值模拟分析.研究表明覆复盖层的试验模拟方式对渗流破坏坡降有较大影响,应结合工程实际选择合理的模拟方式;压重增加可以提高渗流破坏的临界坡降;悬挂式防渗墙对阻止渗流变形的发生作用较小但可以延长渗径,提高承担水头;渗流出口进行反滤处理后防渗能力有很大提高.研究成果与工程实际符合,为堤防防渗加固和防洪决策提供参考.数值模拟结果与试验数据接近,为进一步模拟研究渗流破坏过程和各种工况的防渗效果提供了基础.