2)接触流土:在粘性土与粗粒材料接触处,发生土体向粗粒空隙中移动的流土破坏现象。土体破坏前,渗流出逸体积略有增大,且升起土冠或在土的表面产生裂缝,然后产生流土,呈圆锥状脱落。
3)剥落:当渗透水流经粘性土向设有粗料材料盖重一侧渗透时,未被粗料材料遮盖住部位产生逐暂剥落,形成深洼。剥落深度约为粗粒土孔隙直径Do的1/2。
4)接触冲刷:沿相邻不同土层的层间流动产生冲刷。
5)发展性管涌:主要在分散性粘土中产生。
2.2.3基岩中的断层及软弱夹层内的充填物产生的渗透变形
1)冲刷:断层及软弱层内的土颗粒或粒团在渗流作用下,各自被水流冲动带走的现象。
2)流土:断层及软弱层内有一定体积的土颗粒在渗流作用下,同时动动、流失现象。
3)灌淤:渗透水携带的土粒及其它物质在岩层裂缝及介质孔隙中沉聚现象。
4)由于基岩渗透破坏,直接使土坝失事可能性不大。直接兴建于基岩上的土石坝失事有可能因基岩中的裂隙渗流对防渗体的冲刷,招致工程病险。
2.3允许渗流坡降
开始发生渗透变形以前的最大渗流坡降为临界坡降。当渗流坡降小于临界坡降时,管涌土的土料处于渗透静稳定状态。土体内部结构产生渗透破坏的最小渗流坡降为破坏坡。当渗流坡降小于破坏坡降时,管涌土处于渗透稳定状态。砂性土的破坏坡降约等于土的浮比重。
砂性土防止管涌出现的允许坡降,采用临界坡降的1/1.5~1/2,或破坏坡降的1/2~1/3;防止流土出现 的允许坡降采用破坏坡降的1/2~1/3。
(1)砂性土允许逸出坡降:0.25~0.3;粉土0.45~0.5;中砂以上砂砾,流土型为0.25~0.8,过度型0.25~0.4,级配连续管涌型0.15~0.25,级配不连续管涌型0.1~0.15。
(2)砂性土及软粘土允许渗透坡降:管涌发展串道形成管道,主要决定于地基的平均渗透坡降是否超过临界值。一般情况下:粉砂允许平均渗流坡降0.005~0.07,细砂允许平均渗流坡降0.07~0.1,中砂允许平均渗流坡降0.1~0.13,粗砂允许平均渗流坡降0.13~0.17,中细砾允许平均渗流坡降0.17~0.22,软粘土允许平均渗流坡降0.3~0.4。
(3)粘性土的抗渗强度较高,但遭遇偶然因素影响的局部抗渗强度则低得多。因此,粘性土层的允许渗流坡降取破坏坡降的1/6~1/12(在有可靠反滤层保护下)。一般粉质粘土为3~6,0粘土为6~10。无可靠反滤保护层时,粉质粘土仅为0.5~0.6。
(4)粘土均质坝的渗流逸出面无反滤保护材料时,为满足背水坡渗流逸出坡面不产生流土坡坏,应满足tgθ<0.5tgφ。式中θ为坡角,φ为坡面土的内摩擦角。一般φ=18~26°,则θ=9~14°,即边坡应缓于1:4~1:6,工程中难以做到,因此粘性土坡面渗流逸出部位要设有反滤层的贴坡排水或排水棱体。
(5)岩层内的断层、软弱夹层内的充填物渗透坡坏坡降范围为10.5~37,一般为18~20;临界坡降一般为8~11;允许坡降2~5。
2.4无截渗设施的地基渗流特点
(1)单一地基:多为级配和透水性较均匀结构,一般不会在坝基内产生承压水,单一粘性土地基,渗流问题不大;单一砂性地基为管涌险情多发地段。
(2)双层地基:多由表层弱透水粘性土与下卧的强透水砂层组成地元结构。在高水位长期作用下,粘性土层的薄弱处有可能被承压水顶穿,形成集中出水口,发生管涌或流土。
(3)多层地基:强弱透水层形成互层结构,可能形成多个承压层。当表层透水性较紧邻下层要弱,渗流特性与双层地基相近。当表层透水性较紧邻下层强,按单一砂层分析表层渗透稳定性和双层地基分析析两层以上土层的渗透稳定性。
3 渗流控制原则及防渗加固措施
3.1渗流控制原则、
(1)土石坝及地基、两岸坝肩的渗流控制应使渗径、渗流坡降(平均坡降、逸出坡降)、渗水流速(裂隙岩体、接触面)及渗水量(尤其是缺水地区)控制应小于允许值。其基岩渗控应防止防渗体底部受岩体裂隙渗流冲刷。
(2)土坝渗流控制措施主要为“前堵、中截、后排”,其地基为“前延、中截、后压排”。
(3)土石坝长期运行,填料及其地基土层工程力学性质已有所改变,采用的计算、分析参数应以近期勘测、实验成果为主,并考虑压密、渗透加固与破坏情况进行综合分析。
(4)土石坝常年挡水,可形成较稳定渗流形态,宜按最不利稳定渗流场设计。
(5)采用的防渗加固措施,应充分利用已有的防渗、反虑、排水措施,形成连续、完整防渗体。
(6)防渗体不能与表面张开裂隙直接接触。坝身与坝基及不同土质接触长度应满足不产生接触冲刷要求。
(7)地质条件和工程复杂的病险土石坝,采用单一的技术措施往往难以凑效或不经济,宜采用综合防渗加固措施。
(8)应有利于尽早释放渗透压力,以增加下游坝坡及地基静力稳定性。一般宜采用截断渗流的着底式防渗体。当采用完全截断渗流措施不经济合理时,采用的措施应亦有有利于渗流分散,渗流坡降均匀。
(9)新采用的防渗体大多难以在其两侧形成反滤层、过渡层。因此,采用的防渗材料应有较小的防渗系数,较大的允许渗流坡降和较强抗溶滤能力。
(10)采用的防渗措施应施工场地要求不大,最好能在一个枯水期完成,能适应在一定水头差情况下施工。
3.2防渗加固措施
土石坝防渗措施一般分为水平防渗与垂直防渗两大类措施,在加固工程中,对于水平防渗,一方面须对存在问题的水平铺盖进行修复,另一方面须加固坝体的防渗体。在进行减渗的同时,还必须结合采用适当的排渗措施,例如排渗沟、减压井、排水反虑体等措施。垂直防渗是加固工程防渗处理措施中十分常见的工程措施,采用垂直防渗,对透水地基来说,与水平防渗措施相比,截流效果更显著。垂直防渗措施主要有水泥灌浆防渗、土工合成材料防渗、高压喷射灌浆防渗、冲抓套井回填、侧挂井人工垂直开挖防渗墙、劈裂灌浆防渗、深层搅拌连续防渗墙、混凝土防渗墙等。
我县在病险水库除险加固工程中采用了1、土工合成材料防渗(如白竹水库等);2、水泥灌浆防渗(如钟灵水库、帅家水库、大溪水库、孝溪水库主坝、徐家水库、六岗湾水库等);3、劈裂灌浆防渗(如孝溪水库副坝等)。通过整治,各水库大坝防渗效果较好,完全能保证大坝渗流安全要求。
4 结语
在病险水库除险加固设计中,应根据坝体、坝基工程地质条件、坝体结构型式、大坝高度等因素,合理的进行渗流安全分析,采用合理的除险加固防渗措施,确保水利工程安全运行,充分发挥水利工程效益。
参考文献:
[1]郭宗闵;《水工建筑物》;水利电力出版社
[2]孙东坡;《水力学》;黄河水利出版社
[3]水工设计手册;第一版;水利电力出版社
[4]陈军斌主讲;渗流力学;网络视频
[5]翟云芳;《渗流力学(第三版)》;石油工业出版社