中小型土石坝渗流破坏加固研究

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土石坝是应用最广泛的坝型。无论是在世界上还是在中国，与其他坝型相比，土石坝都占有绝对优势，占世界所有坝型的82.9%，占中国所有坝型的93%，其中大部分发生在建国后第一个五年计划(1953-1957)和第二个五年计划(1958-1962)的大跃进时期。特别是小型水库是在“四不清”(来水面积、流域面积、库容、基础地质条件没有调查清楚)的情况下开工的。虽然很多工程已经完工，但是工程质量很差，而且“后遗症”很多，留下隐患。经过近40年的运行，产生了大量的病险水库。
根据1981年的统计数据，我国因渗流引起的损害事故率约占31.7%。到1981年，全国共有水库2391座，其中大型11座，其余为中小型水库。由于缺乏水文地质资料，大部分是淹没，占51.5%，其次是渗漏导致的溃坝，占29.1%，说明渗漏导致的溃坝相当严重。
2渗流理论
水工建筑物的渗流控制主要包括控制理论和控制技术两个方面。控制理论是渗流理论在工程实践中的发展和应用，是对实践反馈的结果。渗流理论包括渗流基本原理、渗流场分析方法和土体渗透稳定性三个部分，是渗流控制理论的基础。渗流控制技术是渗流基本理论的实施措施，如灌浆技术[1]、滤坝技术[2]等。土石坝是一种挡水建筑物，与渗流共存。从某种意义上说，土石坝的发展史就是渗流控制理论的发展史。
1856年，达西解决了土的基本渗流理论，建成了现代土石坝理论的雏形，使土石坝设计理论发生了飞跃。1886年，P . Forchciness发现土体中的渗流规律符合拉普拉斯方程和达西定律:
代入刚性介质中不可压缩流体的连续性方程，1925年当各向同性渗透系数
时，太沙基发现了土体孔隙水消散引起的粘土固结理论。进一步，他提出了有效应力的概念，成为土力学理论的基石和现代土石坝渗流控制理论的核心。
3渗透破坏机理
坝体和坝基的防渗是保证土石坝安全的重要措施。由于土石坝填筑用的土料和坝基砾石是颗粒结构，颗粒之间存在大量孔隙，具有一定的透水性。水库蓄水后，在水压的作用下，水流不可避免地会沿着坝体土、地基土和坝端两侧地基的孔隙向下游渗透，造成坝体、地基和大坝周围的渗漏。如果这种渗流是在设计的控制之下，并且大坝任何部位的土体都不会受到渗流的破坏，那就是正常渗流。此时的渗流量一般较小，水质清澈透明，不含土颗粒，不会对坝体和地基造成渗透破坏。反之，可造成土体的渗透破坏，或渗透成员过大集中，水质浑浊，透明度低，造成管涌、流土、坝体或基础接触侵蚀等渗透破坏。这种影响蓄水和发挥效益的渗漏就是异常渗漏。
对于已建成的大坝，如何确定异常渗流的极端危害性是一个复杂的问题。首先要对坝址的工程水文地质有充分的了解，大坝设计和施工的完善与渗流密切相关。但由于地质勘探钻孔有限，只能揭示坝址地层的有限情况，局部薄弱环节，如节理、裂隙、溶洞、断层、强透水带等往往难以查明。此外，大坝的防渗体和排水设施的设计精度，以及施工质量都难以达到理想水平，施工造成的渗漏薄弱环节更是意想不到。此外，土石坝防渗体开裂也是一个常见的问题。
水库建成蓄水后，大坝等建筑物与山体一起形成挡水防渗系统。土坝防渗系统损坏。根据渗流控制理论分析，造成管内涌土等事故的原因一般有:
(1)坝体填土与排水体之间的反滤层设计不当，层间系数过大，或施工时出现混层断层，或填土密实度不够，渗漏量过大会造成填土向排水体流失，均会造成反滤层失效。许多实例证明，反滤层是整个防渗系统中至关重要的一环。即使前置防渗体出现裂缝或渗漏通道，只要反滤层正常工作，排水压力降低，渗漏破坏就不会扩大。
(2)防渗体应达到基岩或底部连续可靠的粘土层。开挖截槽时，不允许因施工困难而半途而废，留下隐患。
(3)土石坝两侧的岸坡不应呈阶梯状，而应开挖成平缓的边坡。为了减少开挖，可以改变坡度。但在上坡和下坡的转折处，两个坡角之差不应大于15~20度。如果有平台，平台处填土高度与平台两端填土高度的高度差会导致沉降突变，容易产生裂缝和渗透破坏。