無(wú)限深透水地基上土石壩壩基滲流控制計(jì)算方法和防滲措施的研究.pdf

1、我國(guó)地質(zhì)條件良好的壩址日趨減少，許多可開發(fā)的壩址都坐落在無(wú)限深透水地基上。而對(duì)于建在無(wú)限深透水地基上的土石壩，到目前為止還沒有提出一套有效的滲流控制計(jì)算理論。本論文針對(duì)無(wú)限深透水地基上土石壩壩基的滲流問題，利用現(xiàn)已被大家廣泛認(rèn)可的數(shù)學(xué)理論、數(shù)值方法對(duì)其進(jìn)行較深入和系統(tǒng)的研究，并用滲流試驗(yàn)對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 數(shù)學(xué)理論方面主要應(yīng)用保角變換理論建立了在無(wú)限深透水地基上土石壩壩基采用垂直防滲墻時(shí)滲流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，通過保角

2、變換將復(fù)雜的壩基輪廓線轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的線性的水平基礎(chǔ)，推導(dǎo)出無(wú)限深透水壩基設(shè)有垂直防滲體時(shí)壩基的滲透壓力和滲流量的計(jì)算公式，并根據(jù)壩基土的不同特性，推導(dǎo)出壩基下游面反濾層的鋪設(shè)范圍；數(shù)值模型方面主要采用有限單元法對(duì)無(wú)限深透水壩基的滲流問題進(jìn)行分析，建立起無(wú)限深透水壩基和壩體整體的滲流計(jì)算模型，計(jì)算出各個(gè)部位的滲流量和滲透坡降以及壩體浸潤(rùn)線的位置；此外，應(yīng)用邊界元法分別對(duì)壩基采用垂直防滲墻和水平鋪蓋控滲時(shí)的滲流問題進(jìn)行建模計(jì)算。在理論推導(dǎo)和數(shù)

3、值計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用砂槽滲流模型試驗(yàn)對(duì)無(wú)限深透水壩基的滲流問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析，驗(yàn)證了理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算的正確性。同時(shí)，本文還設(shè)計(jì)了“上防下排”模式下的滲流模型試驗(yàn)，找出壩后地下水位與壩基防滲措施之間的關(guān)系，確定出有效控制下游土壤鹽漬化的防滲體型式。
　　 在上述各種方法相互驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)多組工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)：無(wú)限深透水壩基采用土工膜水平鋪蓋防滲時(shí)水平鋪蓋存在有效長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度大約為壩前水頭的22-30 倍，當(dāng)壩基采用垂直防

4、滲墻同樣也存在一個(gè)有效深度，該深度大約是壩前水頭的11-15 倍左右，當(dāng)防滲體達(dá)到有效長(zhǎng)度或深度后，壩基的滲流量就會(huì)趨于穩(wěn)定，再加大防滲體的尺寸在控滲方面效果不明顯；垂直防滲體和水平防滲體防滲效果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二者存在著一定的數(shù)量關(guān)系，垂直防滲體的防滲效果大約是水平防滲體的1.5-3.5 倍；此外還發(fā)現(xiàn)垂直防滲體位置改變會(huì)引起壩基輪廓滲徑的變化，從而影響著壩基平均滲透坡降和滲流量的大小，垂直防滲墻的最佳位置應(yīng)該位于大壩底部的上游端部，最不

5、利位置是位于壩基的最中間。
　　 無(wú)限深透水壩基下游鋪設(shè)反濾層的范圍與壩體的透水性及壩基的防滲措施密切相關(guān)。當(dāng)壩體不透水時(shí)，壩基滲透出逸坡降的最不利點(diǎn)在下游壩坡的坡角點(diǎn)，該點(diǎn)處的滲透出逸坡降為無(wú)限大，此時(shí)通過延長(zhǎng)防滲體的尺寸不能減小該點(diǎn)的坡降值，反濾層應(yīng)該從下游坡角點(diǎn)向下游鋪設(shè)；當(dāng)壩體透水而壩基采用懸掛式防滲墻控滲時(shí)，出逸坡降的最不利點(diǎn)位于防滲墻與地基面的連接點(diǎn)，該點(diǎn)處的坡降為H/π s（H 為上下游水頭差，s 為防滲墻深度），

6、此時(shí)反濾層應(yīng)該從連接點(diǎn)開始向下游鋪設(shè)。
　　 在土工膜水平鋪蓋有效長(zhǎng)度確定的前提下，本文給出了經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度的計(jì)算方法。通過工程實(shí)例計(jì)算發(fā)現(xiàn)，無(wú)限深透水壩基上的經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度比某些正在運(yùn)行的無(wú)限深透水壩基的水平鋪蓋防滲體（按有限深地基設(shè)計(jì)往往只有6-8 倍上游水頭）要大很多，說明目前部分用在無(wú)限深透水壩基上的水平鋪蓋既不經(jīng)濟(jì)（此處的“經(jīng)濟(jì)”是從減少滲流量角度考慮）也不合理；針對(duì)平原區(qū)無(wú)限深透水地基上土石壩周圍的次生鹽漬化和沼澤化等生態(tài)環(huán)境問