大坝坝体渗流分析

于卫东

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)

1 过程线分析

绘制长系列(12个月以上)渗透压力水位过程线，通过开发过程线绘制应用程序模块绘制过程线实例，如图1－1所示:

图1－1 渗透压力过程线

通过对过程线的观测与分析，选取可靠的渗透压力观测资料，现将过程线的判断准则和处理方法归纳汇总于表1－1。

表1－1 资料选取准则表

2 滞后时间分析

渗透压力水位开始变化要比上游水位变化来得晚，这一时差成为渗透压力的滞后时间，主要由渗透压力的传递时间和测量仪器的反应时间构成。在使用监测数据进行分析时应充分考虑到滞后时间问题。同样，渗流量也有滞后时间，推算出滞后时间，可校正渗流量与上游水位对应关系，提高相关分析的准确性。

本研究采用的方法时建立F1(t)与F2(t－t0)之间的回归模型，对有限范围的滞后时间t0进行枚举试算，分别计算F1(t)与F2(t－t0)之间的模型参数与相关系数，最后选择令相关系数最大的t0点，即得到滞后时间。通常t0的范围可选择0到180天，对于滞后时间超过半年的测压管，对其监测资料进行分析意义不大。渗流水压力和渗流量的滞后时间可采用如下回归模型:

式中:H(t)－t时刻的测管渗透压力水位;Q(t)－t时刻的观测渗流量;Hl(t－t0)－t－t0时刻坝体上游水位。

3 相关分析

相关分析的目的在于确定渗透压力水位的主要影响因子。相关分析计算渗透压力与上游水位、下游水位、降水量和日均气温的相关系数，根据各个相关系数，可得到主要影响因子和次要影响因子，这也是工程技术人员判断测量仪器的好坏，监测资料是否可靠，测点处的渗流状况的一个依据。例如:如果测压管水位的主要影响因子为降水量，则该测压管可能在封孔处漏水，在分析时，其观测资料不宜采用。

4 位势分析

渗流分析中常采用的一种方法是位势分析法。测压管位势指某测压管水头在渗流场中占总渗流水头的百分数。如果位势随时间发生了变化，就意味着流场介质发生了相对变化。

1)位势的计算公式

式中:φ—位势;H—渗透压力水位;H1—上游水位;H2—下游水位。

2)运用位势过程线分析

首先绘制长系列(12个月以上)渗透压力水位过程线，通过开发过程线绘制应用程序模块绘制过程线实例，如图4－1所示:

图4－1 位势过程线实例

通过对过程线的观测与分析判断渗流安全，现将过程线的分析判断准则和方法归纳汇总于表4－1。

表4－1 位势分析准则表

运用一元线性回归对位势进行分析，模型为:

式中:φ—位势;t—观测日期;b—模型参数，其中a为斜率。

根据斜率、升高阈值、降低阈值、就可以判断渗流发展趋势:如斜率a大于升高阈值，则渗流有逐步升高的趋势;如斜率a小于降低阈值，则渗流有逐步降低的趋势;斜率在两者之间，且位势差值在标准范围内，则渗流较稳定;位势不符合上面条件，则位势无明显趋势。

5 断面渗流浸润线分析

土石坝建筑物主要应用于水库中，因此水坝上游要形成雍水，并使土石坝上下游产生水位差，形成水头，在这一水头作用下，坝体及其地基中将产生从水位高的一方面向水位低的一方面的渗流。渗流对建筑物，尤其是土质建筑物及其地基会产生许多不利的影响，因此对土石坝进行安全监测与分析要进行渗流技术。在本节着重对土石坝监测断面的渗流浸润线及流网分析理论进行探讨，确定了开发土石坝自动化安全监测分析与评价系统进行土石坝渗流安全分析的模型基础。采用水力学方法计算断面设计浸润线分析的基本原理为达西定律:

式中:Q—渗流量;A—渗流断面面积;h1－h2—水头损失;L—渗径长度;K—渗透系数。

以透水地基上有截水墙的黏土心墙坝为例(如图5－1)，探讨其坝体浸润线的分析计算方法:

图5－1 断面图

由于坝体下部地基中设有截水墙且其渗透系数与心墙相同，心墙土料的渗透系数比坝壳土料的渗透系数小得很多，此时坝体上游三角形楔体及其相应的坝基部分的渗流水头损失很小，可略去不计，所以计算渗流时可以分为两段来计算，即心墙及其下部截水墙为第1段，心墙下游坝体及其相应的透水坝基为第2段，并建立如图(5－1)所示的坐标系。

并结合自动化监测数据试算反演

根据实测的坝体及心墙前后的渗透水位，将坝体分为心墙断和心墙后段两部分。综合运用上述两点渗透系数计算方法及水力学浸润线计算方法。通过反复试算，反推坝体及心墙的渗透系数。最终得出满足实测水位边界条件的坝体及心墙的渗透系数。

［1］顾慰慈.2000.渗流计算原理及应用.北京:中国建材工业出版社，6－34

［2］吴中如.2003.水工建筑物安全监控理论及其应用.北京:高等教育出版社