水壩滲流的研究

仇為鑫

摘 要 水壩由于上下游存在水位差，經常會出現滲流現象。滲流不僅會削弱水壩的蓄水能力，嚴重時還會誘發地基變形，影響水壩的整體穩定性。本文從水壩滲流產生的原因入手，逐步介紹了了滲流的危害，并提出控制措施。

關鍵詞 水壩 滲流 控制措施

中圖分類號：TV62文獻標識碼：A

0前言

水壩作為主要的擋水物，當其壅高上游水位后，大壩的上下游會形成較大的水位差，使得儲蓄水體在水壓力的作用下，通過具有較強透水性的巖土體中，發生滲漏。由此可見，滲流隨著水壩的運行會一直存在，如果在設計施工和后期的管理階段中不對滲流進行專門的技術處理，不但會使得水壩的蓄水量減少，而且壩基滲透壓力會減小水壩的有效重力，情況嚴重的，甚至會引起壩基潛蝕和滲透變形，危機大壩安全。

1水壩滲流的產生

水壩土體中存在大量的孔隙，并且大部分的孔隙都是互相連通的。當飽和土體中的兩點存在水頭壓力差時，水體就會在壓力差的作用下，從壓力較高的一側通過水體的連通孔隙流向壓力較低的一側。水在壓力差作用下通過土體孔隙的現象就是滲流。由此可見，水壩由于周圍天然土體存在孔隙，以及壩體材料的孔隙，在上下游水位差下，會不可避免的產生滲流現象。

在以擋水為目的的土石堤壩中會由于滲流逐漸改變地基的土體構成和改變堤壩中的應力分布，會喪失穩定性;非飽和的坡面會由于水分的遷移而造成土的含水率和土的強度變化，這些都有可能引發破壞事故。

2水壩滲流的特點

2.1堤壩滲流類型

第一，堤身滲流。堤身滲流包括散浸與集中滲漏，就散浸而言，滲流經過堤壩經由背水坡進行滲出，逸出點若是過高超過下游排水設備的頂部，則下游坡面土體會出現陰濕情況，而此種情況便被稱之為散浸。就集中滲漏而言，滲水可從壩體下游面，壩基的幾個或是幾個空穴集中流出，從而出現股水滲漏出的異常滲漏情況，便屬于集中滲漏。第二，接觸滲漏。滲水經過堤壩體與地基、剛性建筑物、新老結合的接觸面經過時，在堤壩后下游所對應的位置進行滲出，同時也可能會穿過堤上建筑物以及壩下埋管出現裂縫，滲水經由裂縫急性流出，沿著接觸面急性滲出。第三，壩基滲漏。此種滲漏情況是經由壩基水層，從壩腳或是從壩腳以外覆蓋面較為薄弱的位置進行滲出。

2.2滲透變形產生條件

2.2.1土體結構因素分析

（1）粗細顆粒粒徑比：能在粗顆粒骨架之間空隙通過的細顆粒，其粒徑小于空隙直徑。據試驗數據表明，當>20時，才易于形成管涌。

（2）土顆粒級配的不均勻系數：研究表明：CU<10的土易產生以流土為主要形式滲透變形;CU>20的土易產生管涌為主要形式的滲透變形;10

2.2.2水動力條件

確定能否產生滲透變形的主要方法是分析滲透水流水力坡降與土層臨界水力坡降的關系。所謂土層的臨界水力坡降是指滲透水流使土體發生滲透變形極限平衡狀態時所具有的水力坡降。其理論大小為

一般情況下，當滲透水流的實際水力坡降大于土體臨界水力坡降時，則會產生滲透變形破壞。

3水壩滲流的分析

通常的滲流分析方法由解析法、數值解法、流網法等。

3.1解析法

常見方法有流體力學和水力學法。

（1）流體力學法。假定水壩滲流區內的滲流滿足達西定律及滲流連續方程，其中任一點的勢函數應滿足拉普拉斯方程，即

（2）水力學法。假定滲透水流為漸變流，過水斷面上各點滲透坡降和滲透流速都是相等的。這種方法不能準確求出任一點的滲流要素，但一般已能滿足工程設計要求的精度。

3.2數值解法

滲流分析的數值計算方法主要有差分法和有限單元法。

差分法是對拉普拉斯方程用差分法求解，一般用于穩定滲流。將滲流場劃分為有限個正方形網格，結合邊界條件，以各網格交點處的測壓管水頭值為未知數，建立一系列差分方程式，然后聯立求解各點的測壓管水頭值。

有限單元法是以變分原理求泛函極小值的方法求解符合邊界條件和初始條件的滲流方程。先將滲流場劃分為有限個單元，以各單元結點處的測壓管水頭值為未知數，把求解泛函極值的問題化為求解線性方程組的問題，利用計算機解方程組即可求得各點水頭值，并據以求得其他滲流要素。

3.3流網法

該發使用手繪制出流網，然后用流網來求解平面滲流的各個要素，實質上就是滲流基本微分方程的圖解法。由于簡便迅速，可用于解決邊界條件較復雜的滲流問題，且能達到足夠的精度，故得到廣泛采用。

4水壩滲流的防治措施

在實際生產中，常在壩上游面固結灌漿，堵塞漏洞和縫隙，加固補強壩體和提高防滲性能，以進一步提高壩體的承載能力和完整性。壩下游面追蹤固結灌漿，在下游壩面有漏水或溶蝕物逸出的地方，造成水平孔和斜孔，埋注漿管進行灌漿，以堵塞漏水通道和壩體空洞、裂縫、加固壩體，增加壩面穩定性和抗沖刷能力。

5總結

近年來，水壩在防洪、灌溉等方面發揮著越來越重要的作用。其中，安全問題一直是影響水壩運行的重要因素，有必要對水壩安全性進行分析。由上文可以看出，滲透是比較常見的水壩問題。本文從滲透的原理出發，對滲透的產生、特點、分析方法以及防治措施進行討論，實際生活中，應綜合考慮各方面影響因素，將滲透對水壩的影響降到最低。

參考文獻

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