土石壩防滲墻缺陷對滲流穩定性的影響

王永華

（聊城市東昌府區水利局，山東 聊城 252000）

目前，混凝土防滲墻施工工藝已比較成熟，但防滲墻墻體易出現施工缺陷，例如墻體不密實、墻段接頭成縫、墻體有空洞等現象，這些缺陷可能對原設計的防滲效果造成嚴重影響[1-2]。本文利用有限元SEEP/W軟件，對不設置防滲墻和有防滲墻缺陷的壩體進行滲流分析。

1 模型的建立及模型參數

以均質土石壩小型水庫為例，土石壩在多年的運行后，由于壩體出現滲漏，土石壩的下游坡段出現了大面積的坍塌，通過綜合分析，需要對土石壩進行防滲加固，降低壩體的浸潤線。表1為壩坡相關的物理力學參數。

表1 壩體相關物理力學參數

利用SEEP/W軟件，對設置防滲墻前后的壩體進行滲流和穩定性分析。

2 防滲墻設置前壩體有限元

選取主壩中心斷面進行滲流分析，并在該斷面安裝測壓管，分析設置防滲墻前后壩體的水頭變化，在該斷面共安裝了4個測壓管，設置防滲墻前上游水頭為5.5m，對自由水面和上游水頭均未設定，利用測壓管監測下游邊界的水頭，圖1為計算得到的主壩中心斷面處總水頭曲線，圖2為計算得到的設置防滲墻前壩坡下游側的總水頭曲線。圖3為設置防滲墻前壩體各部分的滲流量。

圖1 斷面處總水頭曲線

圖2 設置防滲墻前下游總水頭曲線

圖3 設置防滲墻前壩體各部分的滲流量

根據滲流理論中水頭計算公式，從圖2和圖3中可以得到從上游到下游，未設置防滲墻前壓力水頭為1.0～5.5m，符合實際情況。從圖3可以看出，墻身的滲流量幾乎占了總滲流量的90%，這是由于粉砂層的滲透系數遠遠大于其余土層的滲透系數，在該土石壩防滲加固中，應著重考慮對粉砂層進行處理。

3 防滲墻缺陷對土石壩滲流的影響

對原壩體進行防滲加固處理，擬采用高壓噴射灌漿來設置防滲墻，高壓噴射灌漿是通過其高壓力作用，對地層進行攪拌和切割，然后灌入水泥砂漿，使水泥砂漿與原土體混合，以此來提高原土體的固結性，降低原土體的滲透性。

原壩體的填筑土層有4層，假設每個土層均有一個孔洞，直徑0.5m，利用測壓管監測防滲墻出現這些孔洞時下游側的水頭曲線。圖4為防滲墻出現缺陷時壩體下游側的水頭曲線。

從圖4中的分析結果可知，當防滲墻中出現缺陷時，由于粉砂層的滲透系數最大，土層③的水頭下降幅度最大，黏土的滲透系數較低，土層①的水頭下降幅度最小。

圖4 防滲墻出現缺陷時壩體下游側的水頭曲線

由于粉砂層的滲透系數最大，在土石壩防滲加固處理時，應著重對粉砂層進行處理，圖5為防滲墻出現缺陷時不同土層的滲流量，圖6為設置防滲墻后粉砂層出現缺陷時與未設置防滲墻時壩體滲流量對比結果，圖7為設置防滲墻后粉砂層存在缺陷時的自由面和等勢線，圖8為設置防滲墻后粉砂層存在缺陷時的壩體滲流分析。

圖5 防滲墻出現缺陷時不同土層的滲流量對比

圖6 無防滲墻時與防滲墻粉砂層有缺陷時壩體滲流量對比

從上述分析結果可知，防滲墻出現缺陷時對壩體防滲效果影響較大，設置防滲墻后，如果墻體出現缺陷，壩體的滲流路徑發生改變，滲流路徑將會變短，滲流量增大，巖層的滲透系數越大，防滲墻缺陷對壩體滲流的影響越大。

圖7 防滲墻粉砂層存在缺陷時的自由面和等勢線

圖8 防滲墻粉砂層存在缺陷時壩體滲流情況

從圖6中可以看出，設置防滲墻后，當粉砂層存在缺陷時，其滲流量與未設置防滲墻時的滲流量相比，防滲效果極其差，幾乎失去了設置防滲墻的意義。

從圖7和圖8中可以看出，當防滲墻粉砂層存在缺陷時，在缺陷處，等勢線發生突變，滲流路徑發生改變，防滲加固效果會明顯減弱。

在實際工程中，應改善施工工藝，防止防滲墻出現缺陷，進而對土石壩的防滲效果造成影響。