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深厚覆盖层上土工膜防渗堆石坝渗流场

当下,当建设大坝时遇到较厚的覆盖层时,通常需要采取特定的工程技术手段以确保大坝具备良好的形变适应能力、可靠的防渗安全性能及经济效益。目前,在我国,有多座土石坝已在深度超过30米甚至上百米的深厚覆盖层上成功建造,其中河床部分的堆积物普遍表现为颗粒粗大、结构松散且渗透性强【1】。这一特点使得如何布置坝基防渗系统以及有效控制渗流成为了在深厚覆盖层上筑坝的一大关键问题【2】。

 

针对这一问题,众多研究者展开了对深厚覆盖层上土石坝渗流问题的系列研究。Xu等人【3】提出,通过将防渗帷幕延伸至山体并与堆石坝防渗体相结合,可构建一套完整的防渗系统,从而显著优化坝体与坝基的渗流特性。徐毅等人【4】在研究中指出,在建坝于无限深透水地基条件下,防渗墙位置越接近上游方向,其防渗效果就越显著。王正成等人【5】则探讨了深厚覆盖层坝基中局部高强度透水层对渗流场的影响规律,发现在使用悬挂式防渗墙的情况下,随着强透水层深度增加,坝踵处的渗透坡降和出逸坡降会逐渐降低。白勇【6】和张文捷等人【7】认为防渗墙的深度应依据覆盖层的渗透性来决定,若覆盖层渗透性较大,则防渗墙需深入到相对不透水层才能有效地减少渗流量。谢兴华等人【8】强调,防渗墙并非越深越好,对于悬挂式防渗墙来说,当其深度达到覆盖层总厚度的70%时,可实现最优防渗效果。毛海涛等人【9】利用无限深透水地基上土石坝模型进行计算后发现,不论是采用水平铺盖还是悬挂式垂直防渗墙,都无法完全控制渗流量,他们提出存在一个有效的长度或深度范围。鉴于深厚覆盖层上土石坝的渗流特性极其复杂,涉及诸多影响因素,且部分问题尚未被充分理解,因此,我们可以在现有研究成果的基础上,从更多角度进一步深化研究。

在深厚覆盖层上规划和建设新的土石坝时,防渗墙的深度设定是大坝防渗设计中至关重要的一环。通常情况下,基于地质勘探数据,获取覆盖层的具体深度,并通过计算不同深度防渗墙带来的防渗效能,进而选取最为理想的防渗墙深度。为了明确防渗墙深度对大坝渗流特性的影响,本文设定计算模型中覆盖层深度恒定为2.0H,同时设置了防渗墙深度分别为0.5H1.0H1.5H1.7H2.0H这五种情况,其中前四种为悬挂式防渗墙设计方案,第五种为截断式防渗墙设计。通过对各种深度条件下的模拟计算,我们可以详细探究防渗墙深度对大坝渗流场的影响程度。

参照图3所示的不同防渗墙深度下大坝渗流量、膜后浸润线高度及其逸出坡降的变化曲线,其中膜后浸润线的高度指超出上游地面(海拔2890.00米)的部分。尽管各个计算方案(包括后续其他方案)下的大坝等水头线分布特征与基础方案(如图2所示)总体保持一致,但出于篇幅考虑在此不再逐一展示。从计算结果可知,无论是渗流量、膜后浸润线高度还是逸出坡降,它们随防渗墙深度的增加而呈现递减趋势,其中膜后浸润线高度由5.44米降至0.32米,逸出坡降由0.34降至0.02。这表明,防渗墙深度的增加有助于延长地基内部的渗流水路径,从而减少了防渗墙下方的绕渗水量,显示出明显的防渗效能提升。总结得出,当防渗墙的相对深度超过0.9之后,大坝的渗流量、膜后浸润线高度和逸出坡降显著下降,有力提升了大坝(特别是坝基)的防渗安全性。

 


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