土石壩防滲墻缺陷對滲流穩(wěn)定性的影響

王永華

（聊城市東昌府區(qū)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(xiàn)施工缺陷，例如墻體不密實、墻段接頭成縫、墻體有空洞等現(xiàn)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(shù)

以均質(zhì)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(xiàn)滲漏，土石壩的下游坡段出現(xiàn)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(guān)的物理力學參數(shù)。

表1 壩體相關(guān)物理力學參數(shù)

利用SEEP/W軟件，對設置防滲墻前后的壩體進行滲流和穩(wěn)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(jiān)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(cè)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(jù)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(shù)遠遠大于其余土層的滲透系數(shù)，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(jié)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(jiān)測防滲墻出現(xiàn)這些孔洞時下游側(cè)的水頭曲線。圖4為防滲墻出現(xiàn)缺陷時壩體下游側(cè)的水頭曲線。

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

圖4 防滲墻出現(xiàn)缺陷時壩體下游側(cè)的水頭曲線

由于粉砂層的滲透系數(shù)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(xiàn)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(xiàn)缺陷時與未設置防滲墻時壩體滲流量對比結(jié)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(xiàn)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(jié)果可知，防滲墻出現(xiàn)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(xiàn)缺陷，壩體的滲流路徑發(fā)生改變，滲流路徑將會變短，滲流量增大，巖層的滲透系數(shù)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(fā)生突變，滲流路徑發(fā)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(xiàn)缺陷，進而對土石壩的防滲效果造成影響。