混凝土面板堆石坝防渗系统缺陷对大坝渗流的影响

摘要

在水利工程中，大坝渗流量的控制是保证工程安全开展的重要措施之一。混凝土面板堆石坝由于采用钢筋混凝土面板作为主要防渗体，与其下部主要支撑体的堆石体相比，具有较大的模量差异，导致混凝土面板与接缝止水之间必然存在一定缺陷，从而导致坝体存在不同程度泄露。研究混凝土面板堆石坝防渗系统缺陷对坝体渗流的影响，能够对坝体缺陷的预防与处理具有重要的指导意义。
　　鉴于此，本文基于已建的多诺水电站工程，对其坝区渗漏演化特征进行研究，分析复杂渗流场的演变规律，研究渗流三维有限元模型，同时结合监测实测数据以及现场坝区破坏情况，对复杂渗流场的时效机理和破坏机理进行深入分析和研究。本文主要研究工作主要集中于:
　　(1)多诺水电站工程地质概况及渗漏演化特征。
　　(2)设计渗控方案下坝体及坝基渗流场分布、渗透坡降、总渗流量等。
　　(3)坝体面板局部开裂后的坝区渗流场、渗透坡降以及渗流量。
　　(4)坝基防渗墙局部失效时的渗流场、渗透坡降及渗流量变化。
　　(5)实测监测资料与有限元计算结果对比分析，研究大坝破坏模式及机制。
　　本文主要获得研究成果与进展如下:
　　(1)坝区两岸边坡山体破碎区、岩体不完整区域及两岸坝肩趾板与山体交接处均存在着不同程度的渗漏现象且存在渗水通道。通过对渗水通道进行分析发现，渗水通道中一部分随着缺陷渗漏或底部绕渗流向大坝下部量水堰，另一部分则经两岸边坡岩体破碎区渗流，均严重影响坝体稳定性，可能带来无法估计的损失。
　　(2)当周边出现裂缝时，地下水渗流场与设计工况的渗流场均比较接近，地下水位不会发生明显升高。当粘土铺盖以上出现横缝，渗漏较为明显，而当粘土铺盖以下出现横缝，渗漏不明显。
　　(3)面板下游地下水位随着防渗墙裂缝宽度的加大逐渐升高，但升高的幅度非常有限，同时裂缝的渗漏量随着其宽度的增大而增加。防渗墙裂缝本身的最大水力坡降随着缝宽的增加而减小，粘土铺盖的最大水力坡降则随着防渗墙裂缝宽度的增大而增加，随着防渗墙裂缝宽度的增大，粉质粘土铺盖在防渗上发挥越来越大的作用。
　　(4)面板下游侧地下水位随着周边缝以及横缝宽度的增大逐渐升高，但升高的幅度有限，通过裂缝的渗漏量随着缝宽的增大而增大，同时，裂缝内的最大水力坡降随着缝宽的增大逐渐减小，垫层和过渡料的最大水力坡降随横缝宽度的增大而增加，粉质粘土铺盖的最大水力坡降则逐渐增大。
　　(5)大坝的渗流破坏是渐进和累积的，主要受库水位、坝体材料、防渗材料以及降雨量的共同作用。大坝的渗流破坏区域主要发生在坝趾与面板结合处、防渗墙与防渗帷幕上。
　　(6)大坝渗流破坏经历了3个阶段:首先是平稳无破坏期，大坝各部位均没发现明显渗流破坏现象;其次是坝趾与面板结合处开始出现开裂，坝趾部位沿坝基面也随即产生细微的裂缝，泄洪洞出口下游右岸河床处发现一处涌水，数处漏水点;最后是随着进一步随着水荷载的增大，防渗墙和防渗帷幕部位防渗材料开始出现裂缝，从而导致游量水堰出现漏水点的情况。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究意义及选题依据

1．1．1 研究意义

1．1．2 选题依据

1．2 国内外研究现状

1．2．1 研究的理论与实践

1．2．2 渗流问题研究现状

1．2．3 渗流场的数值计算模型研究

1．2．4 渗流场的数值模拟研究

1．3 论文研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究思路及技术路线

第2章 坝区工程地质概况及渗漏演化特征分析

2．1 测区地质条件概况

2．1．1 基本地质条件

2．1．2 趾板地质条件

2．2 多诺面板堆石坝设计及施工缺陷分析

2．2．1 多诺面板堆石坝设计

2．2．2 多诺面板堆石坝施工缺陷分析

2．3 坝区渗漏演化特征分析

2．3．1 伪随机流场法原理

2．3．2 坝区渗漏区域分布及其特征

2．3．3 渗漏通道分析

2．3．4 渗水流量比例估算

2．4 本章小结

第3章 有限元渗流计算原理及模型

3．1 有限元渗流计算基本原理

3．1．1 有限元基本方程及求解

3．1．2 虚单元及过渡单元的处理

3．1．3 可能渗流逸出面的处理

3．1．4 渗流量的计算

3．2 有限元渗流计算模型

3．2．1 模型概化

3．2．2 模型边界及边界条件

3．2．3 计算参数的选取

3．2．4 网格剖分

3．2．5 计算工程说明

3．3 本章小结

第4章 大坝有限元渗流计算结果分析

4．1 设计工况分析

4．2 防渗墙开裂分析

4．3 裂缝开裂位置分析

4．3．1 周边缝开裂位置分析

4．3．2 面板横向裂缝开裂位置分析

4．3．3 面板竖向裂缝开裂位置分析

4．4 裂缝开裂宽度分析

4．4．1 防渗墙裂缝开裂宽度分析

4．4．2 周边缝开裂宽度分析

4．4．3 面板横向裂缝开裂宽度分析

4．5 本章小结

第5章 多诺大坝渗流监测及分析

5．1 渗流监测及分析的研究意义

5．2 渗流安全监测系统的布置

5．2．1 监测内容及频次要求

5．2．2 监测项目设备与布置

5．3 多诺面板堆石坝渗流场特性分析

5．4 大坝渗流监测数据与渗流计算结论比较分析

5．5 多诺大坝渗流破坏模式及机制分析

5．5．1 混凝土面板堆石坝防渗系统破坏型式

5．5．2 大坝实际渗流破坏模式

5．5．3 大坝渗流破坏机理分析

5．6 多诺大坝坝区渗透场性态评价

5．7 多诺大坝防渗处理及处理效果

5．8 本章小结

结论

致谢

参考文献