土壩滲流分析

滲透變形是指在壩體及壩基中的滲流作用下，由於其機械或化學作用，使土體顆粒流失、產生局部破壞的變形(如管涌或流土等)。

滲透變形的形式與土料性質、土粒級配、水流條件以及防滲、排滲措施等多個因素有關；管涌和流土的發生與散粒土滲透變形破壞坡降的大小有關。諸多學者根據力學平衡原理，通過理論推導，得出一些管涌和流土的臨界水力坡降模型公式。如太沙基模型公式、伊斯托明娜管涌型土的抗滲坡降公式、扎馬林模型公式等，遺憾的是這些公式都未考慮與級配特徵有關的參數，導致這些理論公式與實測值之間尚存在一些差距。

研究土石壩滲透變形的方法，大都是基於連續介質力學理論，採用有限單元法進行模擬計算，可求解分析均質或非均質、各向同性或各向異性以及複雜邊界條件的土石壩滲流場和滲透變形的穩定性。

基本介紹

• 中文名：土壩滲流分析
• 外文名：seepage  analysis of earth and rockfill dam

目的

土石壩滲流分析的目的是：①確定壩體浸潤線和下游逸出點位置，繪製壩體及地基內的等勢線或流網圖；②計算壩體和壩基滲流量，以便估算水庫的滲漏損失和確定壩體排水設備的尺寸；③確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩定性；④確定庫水位降落時上游壩殼內自由水面的位置，估算孔隙壓力，供上游壩坡穩定分析之用。

方法

土石壩滲流是個複雜的空間問題，在對河谷較寬、壩軸線較長的河床部位，常簡化為平面問題來分析。其分析方法主要有：流體力學法、水力學法、流網法、試驗法和數值解法。流體力學法只有在邊界條件簡單的情況下才有解，且計算較繁。

水力學法是在一些假定條件基礎上的近似解法，計算簡單，能滿足工程精度要求，所以在實踐中被廣泛採用。

流網法是一種簡單方法，能夠求解滲流場內任一點滲流要素，但對不同土質和滲透係數相差較大的情況難以採用。

試驗法需要一定的設備，且費時較長。

隨著計算機的快速發展，數值解法在滲流分析中得到了廣泛的套用，對於複雜和重要的工程，多採用數值計算方法來分析。

計算情況

《碾壓式土石壩設計規範》規定，需計算下列水位組成的情況：①上游正常蓄水位與下游相應的最低水位；②上游設計洪水位與下游相應的水位；③上游校核洪水位與下游相應的水位；④庫水位降落時上游壩坡穩定最不利情況。

滲透變形型式

滲透變形的型式及其發生髮展過程，與土料性質、土粒級配、水流條件以及防滲、排水措施等因素有關，一般有管涌、流土、接觸沖刷和接觸流失等類型。工程中以管涌和流土最為常見。

(1)管涌

壩體或壩基中的無黏性土細顆粒被滲透水流帶走並逐步形成滲流通道的現象稱為管涌，多發生在壩的下游坡或閘壩下游地基面滲流逸出處。黏性土因顆粒之間存在凝聚力且滲透係數較小，所以一般不易發生管涌破壞，而在缺乏中間粒徑的非黏性土中極易發生。

(2)流土

在滲流作用下，產生的土體浮動或流失現象。發生流土時土體表面發生隆起、斷裂或剝落。它主要發生在黏性土及均勻非黏性土體的滲流出口處。

(3)接觸沖刷

當滲流沿著兩種不同土層的接觸面流動時，沿層面帶走細顆粒的現象稱為接觸沖刷。

(4)接觸流失

當滲流垂直於滲透係數相差較大的兩相鄰土層的接觸面流動時，把滲透係數較小土層中的細顆粒帶入滲透係數較大的另一土層中的現象，稱為接觸流失。

防止滲透變形的工程措施

土體發生滲透變形的原因，除與土料性質有關外，主要是由於滲透坡降過大造成的。因此，設計中應儘量降低滲透坡降，增加滲流出口處土體抵抗滲透變形的能力。常用的工程措施包括：(1)採取水平或垂直防滲措施，以便儘可能地延長滲徑，達到降低滲透坡降的目的。(2)採取排水減壓措施，以降低壩體浸潤線和下游滲流出口處的滲透壓力。對可能發生管涌的部位，需設定反濾層，攔截可能被滲流帶走的細顆粒；對下游可能產生流土的部位，可以設定蓋重以增加土體抵抗滲透變形的能力。