土石壩滲流發展研究進展

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局 新疆 烏魯木齊 830000）

土石壩滲流發展研究進展

裴成元

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局 新疆 烏魯木齊 830000）

滲流和滲透控制是土石壩工程中的一項極其重要的課題，參考大量文獻資料，對土石壩滲流發展現狀進行闡述。主要論述我國土石壩滲流發展現狀及滲流控制理論的現代水平。最終，從滲流的研究理論方向，軟件開發等各方面論述對我國土石壩滲流研究方向進行展望。

土石壩；滲流，發展

引言

隨著我國水利水電的迅速發展，土石壩因其眾多優點已經成為大壩建設的重要選擇。由于滲流會直接影響到大壩的安全，因此早從20世紀50年代起，滲流和滲流控制就逐漸成為一門學科。從20世界80年代開始，水工建筑滲流控制的原理由很久以前的上堵下排以防為主的原則，到現在逐漸地發展為防滲與排滲互相結合反濾層保護滲流的出口，現在工程中普遍得到應用，滲流和滲流控制是一門與土力學和水力學息息相關的學科，在兩門力學中均有涉及，伴隨著科技的不斷發展，各行各業都有突破，然而在水利滲流方面無論從理論知識，實驗的方法手段，計算的方式方法，軟件的開發，和具體應用等方面都有了極大程度的發展進步。近十年來我國土石壩工程技術在許多領域取得了令人矚目的成果并且在滲流控制上有較大的發展，其中周所周知名的我國的小浪底土石壩其高度達到了154m，水布埡面板堆石壩更是高達233m，這在國際上都屬于非常大型的土石壩工程，在滲流控制方面，主要表現為以下幾點：①面板壩的滲流控制更加完善。②我們自主開發的大壩監測系統愈加先進。③排水體作用的發揮。

土石壩是擋水的建筑物，他是和滲流并存的，原則上來說有土石壩就會有滲流，兩者是息息相關的，土石壩的發展歷史也就相當于滲流控制理論的發展史以及滲流的理論，本文也就是從面板壩的滲流控制，我國自主開發的大壩監測系統發展方面，排水體作用的發揮來展開論述。

1.面板壩的滲流控制措施的發展：

我國早期面板壩的滲流控制措施是將重點放在面板的止水結構方面，雖然面板的止水結構多達三道，但有時也無法避免出現嚴重漏水的問題。而目前面板壩的滲流控制提升了墊層料的防滲作用，還采用了上游黏土鋪蓋。其中很重要的一點是墊成料具有第二道防滲能力，研究表明高面板壩一旦出現板面脫空的情況，與此同時面板止水會被拉斷，面板會產生例如貫通性裂縫的一系列問題，要保證大壩正常運行的最低滲透系數是10-3cm/s，只要墊層的滲透系數達10-3cm/s，就不會出現大量的滲漏，大壩可以照常的運行，我國的面板堆石壩墊成料均達到了這個標準，有了第二道防滲線，未出現大量滲漏問題。因此第二道防滲防線對于我國土石壩的發展具有重要意義。

2.大壩監測系統的發展：

近年來，我國的大壩自動化安全監測與安全研究進展神速，水利部南京水利水文自動化研究所自主研制開發的非接觸式變形監測儀器及自動化系統已經廣泛使用于三峽等大型的水利工程；以采集數據的簡單顯示及資料整編支持為主的著名軟件DAMS-IV大壩監測系統對于大壩工程監測作用也是至關重要的。科技的進步是永無止境的，北京理正軟件設計研究院推出的《理正滲流分析軟件》適用于堤壩的滲流及滲流穩定計算，可以采用經典滲流理論和有限元分析方法可以直接堆穩定流和非穩定流進行求解，這對于處理各種非均質土層分布及復雜壩體情況帶來了很大便利。遼寧省水利水電科學研究院開發出來的一套石壩自動化安全監測分析與評價系統使得人們對土石壩的安全評估更加直觀清晰，現已經應用于若干大型水庫上了。

3.排水體作用的發揮：

排水可謂是滲流控制的重要舉措之一時常會與防滲配合使用，是一種常用的減壓方法。其主要是要將極透水的構件安置于防滲體的下游，截斷未截住的滲流，將其以很小的水頭損失排向壩體以外，確保排水體以外的下游側壩體處于無滲流區。在反濾層的廣泛使用后，排水與防滲這看似矛盾的兩種措施也巧妙地解決了，近年來，由于反濾層設計方法的不斷完善，對反濾層防止滲透破壞能力有了更為全面且深刻的認知，并且明確了反濾層是排水體主要的構成成分，其并稱為反濾排水，排水體布置的特點是緊靠過濾層，滲流由過渡層直接進入排水體，以此保證過渡層之后的壩體處于無滲流區，充分保證排水體的功能得以發揮。例如我國著名的青海黑圈砂石面板壩壩體排水，其排水效果就特別好，明顯優于其他板壩。

4.土石壩滲流發展展望：

滲流量的計算是一個比較大的問題，在土石壩設計和運行管理中，滲流計算常常占有著很重要的位置，在設計土石壩的時候，常常需要通過滲流計算來確定滲漏損失以及合理的防滲在土石壩設計和運行管理中,滲流計算常占有重要的位置。從理論上講,土石壩滲流計算是在已知定解條件(初始條件、邊界條件)下解滲流基本方程,以求出土石壩滲流場的水頭分布,進而計算滲流量和滲流水力坡降等。迄今為止,已有大量文獻介紹了建立在透水或不透水地基上的土石壩滲流計算方法。這些方法可以將其概括為流體力學解法和水力學解法兩類。

流體力學解法是一種非常嚴格的解析法,它是在滿足定解條件下求解出滲流基本方程,然后得到解的解析表達式。然而與之相對的水力學解法是一種近似的解析法,它基于對土石壩滲流作某些假定以及對局部急變滲流區段應用流體力學解析解的某些成果而求得滲流問題的解答,因此它并不適用于滲流基本方程的求解。近代計算技術的發展和計算機的應用為土石壩滲流計算開辟了新的途徑,各種復雜情況下的土石壩滲流都是可以在計算機上模擬出來的,同時出現了很多用于滲流分析的程序。

另一個大問題是滲透變形，滲透變形是指壩體及壩基中的滲流,由于其機械或化學作用,使土體產生局部破壞。滲透變形的形式與土料性質、土粒級配、水流條件以及防滲、排滲措施等因素有關。

當然無論是計算，還是滲透變形的變形最終都是需要計算機來更好更快的完成，計算機可以處理圖像讓觀察變得更直觀，讓數據變得 清晰易懂。

縱上所述，現階段我國土石壩研究的理論基礎已經相當成熟，監測手段以及各種軟件的開發也日益成熟。但是有些地方仍然存在不足，建議今后能夠用計算機實現手段的多極化，實現運用多種滲流計算方法。其中，土石壩滲流計算的過程應由計算機來完成，并可以完全取代傳統的手工計算，這樣既可以保證數據的精確性還可以保證計算速度，不僅如此，滲流計算結果是可以用彩色的云圖給出來的，其數據的變化趨勢都可以通過二維和三維數據準確的表達出來，這樣我們想要看的各種情況都是一目了然的。當然一切的一切終將是要為生態服務的，一滲流理論的最終一定會應用到生態城市的建設中的。

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