水库堤坝渗流监控技术范文

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一、渗流监控技术分析

围绕客兰水库堤坝渗流监控的影响因素，为保证渗流监控结果的精准度，在此本人提出以下两种技术：

1．水位过程线过程线监控，需建立时程曲线，坐标体系内参数由时间、库水位、测压管水位组成，其中时间为横坐标参数，后两者为纵坐标参数。所形成的过程线，可较为精准分析测压管水位、库水位之间的滞后程度，进而判断坝体的渗流状态是否稳定，消除“水压力影响渗流时间差”、“不稳定渗流的影响”造成的影响。0+045断面按照下表2的水平距离、管底高程布置测压管：按照上表布置测压管，绘制出该断面的测压管水位过程线，如下图2。根据该水位过程线，得出几点结论：（1）防渗墙加固后，布置在内侧的测压管，其管水位的过程线，与库水位的过程线比较接近，说明该位置的防渗加固效果稳定。（2）在防渗墙外侧的测压管，管水位与库水位关联性也不大，说明该位置断面的防渗墙作用不大，对堤坝的防渗影响最为明显。（3）在测压过程中，发现B测压管对库水位的变化不敏感，无论是库水位很低的状态，还是明显高于测压管水位的情况下，过程线都非常稳定，初步怀疑测压管有故障迹象，在深入检查后，并更换了测压管，水位过程线才恢复正常水位变化幅度。（4）在确保各测压管正常使用后，各管的水位，随着库水位的上升或者下降，时空差值明显减少。在此基础上查找出防渗墙各位置的防渗参数，并确定具体的防渗点，在经过一系列的防渗加固处理后，管水位的变化幅度，基本不受到库水位变化的影响，由此判断防渗加固达标。

2．有限元模型分析在水位过程线监控分析的基础上，借助有限元软件，模拟水库堤坝的渗流状态，可进一步提高渗流监控解析的精确度。下图3为水库堤坝断面模型：以上的模型中，有限元模型包括四种边界条件：第一个边界条件是定总水头边界，排除在计算域之外，属于外边界；第二个边界条件是定流量边界，本工程将防渗墙作为不透水边界，该位置的流量取值为零；第三个边界条件是渗出边界，即水库堤坝的溢出面；第四个边界条件是定压强水头的边界，其中位置明确的自由面，压强水头值为零。按照这四个边界条件，构建了以上的渗流有限元模型，包括4个边形和4个节点单元，宽度为83n，深度依次取值3m、5m、9m、12m，而防渗墙厚度为0.8m。利用有限元模型计算出所有结点的水头分布，最后模拟压力为0的条件，进行自由水面位置的调整，得出堤坝防渗加固前后的渗流状态：（1）加固前渗流状态。按照表1的土体渗透系数，布置堤坝的浸润线，其中库水位和库外水位分别取值5m、0m，另外下边界视为不透水边界。经分析，确定逸点高度为1.695m，0+150断面渗流量为5.68×10-6m³/s。（2）加固后渗流状态。在保持模型库水位、库外水位、不透水边界等不变的情况下，笔者分别取值5×10-7m³/s、10×10-7m³/s两个不同的渗透系数，分析这两个系数对应的加固后浸润线状态，与加固前的渗流状态进行对比，不难看出：在没有设置防渗墙时，截面的渗流量为5.68×10-6m³/s，出逸点高度为1.695m；在设置防渗墙，且渗透系数取值5×10-7m³/s后，截面渗流量为2.25×10-6m³/s，出逸点高度为0.592m；在设置防渗墙，且渗透系数取值10×10-7m³/s后，截面渗流量为2.93×10-6m³/s，出逸点高度为0.798m。可见设置防渗墙后，渗透系数取值越小，浸润线的位置越低，则渗流量和出逸高度就越低，说明加固后防渗效果更好。

二、渗流监控的注意要点

以上的渗流监控，不排除监控效应量因素对渗流安全的影响。效应量变化规律的掌握，可如下总结：（1）土和水压缩性影响监控。本人认为，渗透压力和降水，监控时都要考虑在内，实测时以“补充太高浸润面”、“测压管封孔严密”等举措，以水头、渗透系数、单位贮存量、降水、给水度等参数，所建立的渗透压力监控量函数，才能够避免受到渗压水位和渗流量的不利影响。（2）温度影响监控。在本次堤坝渗流监控过程中，本人发现水的粘滞性、土体孔隙，都受到水文变化的明显影响，而前两者的变化，必然影响渗透系数的大小。对此，本人尝试性通过具体的摄氏温度和某个摄氏温度下渗透系数值，掌握了渗透系数与温度变化之间的影响关系。（3）淤积影响监控。客兰水库堤坝坝前有淤泥堆积，并且在时间增长后，其厚度不断加大，阻断了库内水渗入堤坝的通道，堤坝的渗透性越来越小。正常看来，淤积可以起到固结坝体的效果，但事实上这种效果微乎其微。客兰水库的防渗体出现裂缝之后，在渗流的冲蚀作用下，渗透性反而有增无减，说明在监控堤坝渗流时，有必要将堤坝前面的淤泥清除。（4）土体紧密度影响监控。土体的紧密度，决定了土体体积的孔隙率，在假设水温和时效恒定的情况下，以土体的压缩系数、孔隙比、水密度，分析饱和土体的单位贮存量。分析过程中发现，水库水位变化、降雨强度大小、坝体材料渗透性等，都有一定影响。尽管影响程度不大，但在实际渗流监控时，依然有必要将其纳为考虑因素之一。

三、结论

通过以上的监控技术，得出以下几点结论：（1）在过程线监控时，包括过程线的绘制和定性分析，难度比较大，不仅需要考虑相同断面不同位置测压管的影响因素，还需要保持测压管与库水位之间的相关性。因此，本人认为过程线监控，所获得的监控结果，并不能作为唯一的堤坝防渗参数，还需要综合有限元分析的结果。（2）在过程线监控的基础上，有限元分析重点掌握加固前后的堤坝渗流量和出逸点高度，进而确定防渗墙的渗透系数，是确定后期防渗施工重要的参数。在分析时，没有遇到实质性的困难，但在建立起有限元分析结果和过程线监控结果时，要注意两者之间的参数是否有相悖情况。（3）通过对客兰水库堤坝渗流情况的监控掌握，其中应用到的比较法、作图法、特征值统计法、有限元分析法、反分析法和统计分析法等，实践证明具有良好的实用性，都可以参考借鉴于类似的水库工程。

作者：韦品山 单位：扶绥县客兰水库工程管理处