大壩壩體滲流分析

于衛東

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007)

1 過程線分析

繪制長系列(12個月以上)滲透壓力水位過程線，通過開發過程線繪制應用程序模塊繪制過程線實例，如圖1－1所示:

圖1－1 滲透壓力過程線

通過對過程線的觀測與分析，選取可靠的滲透壓力觀測資料，現將過程線的判斷準則和處理方法歸納匯總于表1－1。

表1－1 資料選取準則表

2 滯后時間分析

滲透壓力水位開始變化要比上游水位變化來得晚，這一時差成為滲透壓力的滯后時間，主要由滲透壓力的傳遞時間和測量儀器的反應時間構成。在使用監測數據進行分析時應充分考慮到滯后時間問題。同樣，滲流量也有滯后時間，推算出滯后時間，可校正滲流量與上游水位對應關系，提高相關分析的準確性。

本研究采用的方法時建立F1(t)與F2(t－t0)之間的回歸模型，對有限范圍的滯后時間t0進行枚舉試算，分別計算F1(t)與F2(t－t0)之間的模型參數與相關系數，最后選擇令相關系數最大的t0點，即得到滯后時間。通常t0的范圍可選擇0到180天，對于滯后時間超過半年的測壓管，對其監測資料進行分析意義不大。滲流水壓力和滲流量的滯后時間可采用如下回歸模型:

式中:H(t)－t時刻的測管滲透壓力水位;Q(t)－t時刻的觀測滲流量;Hl(t－t0)－t－t0時刻壩體上游水位。

3 相關分析

相關分析的目的在于確定滲透壓力水位的主要影響因子。相關分析計算滲透壓力與上游水位、下游水位、降水量和日均氣溫的相關系數，根據各個相關系數，可得到主要影響因子和次要影響因子，這也是工程技術人員判斷測量儀器的好壞，監測資料是否可靠，測點處的滲流狀況的一個依據。例如:如果測壓管水位的主要影響因子為降水量，則該測壓管可能在封孔處漏水，在分析時，其觀測資料不宜采用。

4 位勢分析

滲流分析中常采用的一種方法是位勢分析法。測壓管位勢指某測壓管水頭在滲流場中占總滲流水頭的百分數。如果位勢隨時間發生了變化，就意味著流場介質發生了相對變化。

1)位勢的計算公式

式中:φ—位勢;H—滲透壓力水位;H1—上游水位;H2—下游水位。

2)運用位勢過程線分析

首先繪制長系列(12個月以上)滲透壓力水位過程線，通過開發過程線繪制應用程序模塊繪制過程線實例，如圖4－1所示:

圖4－1 位勢過程線實例

通過對過程線的觀測與分析判斷滲流安全，現將過程線的分析判斷準則和方法歸納匯總于表4－1。

表4－1 位勢分析準則表

運用一元線性回歸對位勢進行分析，模型為:

式中:φ—位勢;t—觀測日期;b—模型參數，其中a為斜率。

根據斜率、升高閾值、降低閾值、就可以判斷滲流發展趨勢:如斜率a大于升高閾值，則滲流有逐步升高的趨勢;如斜率a小于降低閾值，則滲流有逐步降低的趨勢;斜率在兩者之間，且位勢差值在標準范圍內，則滲流較穩定;位勢不符合上面條件，則位勢無明顯趨勢。

5 斷面滲流浸潤線分析

土石壩建筑物主要應用于水庫中，因此水壩上游要形成雍水，并使土石壩上下游產生水位差，形成水頭，在這一水頭作用下，壩體及其地基中將產生從水位高的一方面向水位低的一方面的滲流。滲流對建筑物，尤其是土質建筑物及其地基會產生許多不利的影響，因此對土石壩進行安全監測與分析要進行滲流技術。在本節著重對土石壩監測斷面的滲流浸潤線及流網分析理論進行探討，確定了開發土石壩自動化安全監測分析與評價系統進行土石壩滲流安全分析的模型基礎。采用水力學方法計算斷面設計浸潤線分析的基本原理為達西定律:

式中:Q—滲流量;A—滲流斷面面積;h1－h2—水頭損失;L—滲徑長度;K—滲透系數。

以透水地基上有截水墻的黏土心墻壩為例(如圖5－1)，探討其壩體浸潤線的分析計算方法:

圖5－1 斷面圖

由于壩體下部地基中設有截水墻且其滲透系數與心墻相同，心墻土料的滲透系數比壩殼土料的滲透系數小得很多，此時壩體上游三角形楔體及其相應的壩基部分的滲流水頭損失很小，可略去不計，所以計算滲流時可以分為兩段來計算，即心墻及其下部截水墻為第1段，心墻下游壩體及其相應的透水壩基為第2段，并建立如圖(5－1)所示的坐標系。

并結合自動化監測數據試算反演

根據實測的壩體及心墻前后的滲透水位，將壩體分為心墻斷和心墻后段兩部分。綜合運用上述兩點滲透系數計算方法及水力學浸潤線計算方法。通過反復試算，反推壩體及心墻的滲透系數。最終得出滿足實測水位邊界條件的壩體及心墻的滲透系數。

［1］顧慰慈.2000.滲流計算原理及應用.北京:中國建材工業出版社，6－34

［2］吳中如.2003.水工建筑物安全監控理論及其應用.北京:高等教育出版社