摘要：土石坝是水利工程中较为常见的堤坝类型，具有地基适变性强，技术成熟，可就地取材，造价低等优点，在世界水利工程中被广泛采用。是以土料或土石混合料为主材的典型散粒体结构。土石坝经过长期运行，由于水文地质变化及蓄水等外力及因素的影响，出现水库病害，其中渗透变形及破坏最为常见，降低了土石坝运行的安全可靠性，缩短水库的使用寿命，水利工程的经济效益与社会效益受到影响。本文将针对水利工程中土石坝渗透变形病害的成因及防治措施展开研究。
关键词：水利工程；土石坝；渗透变形；成因；防治
一、水利工程土石坝渗透变形的主要表现
1.流土现象
水利工程中的土石坝在水环境的长期渗透力作用下，很容易出现坝体内部的土料整体上浮的情况，上浮的土料容易随着流水而被冲走，造成坝体土料的流失，这就是流土现象。流土现象是土石坝渗透变形病害的一个重要表现，轻微的流土现象并不会直接对土石坝的结构稳定性及使用安全造成威胁，但当流土体积达到一定程度后，就可能导致坝体内部出现空洞、表面局部隆起，还可能造成坝体表面结构脱落、断裂，严重情况下甚至会出现垮塌、决堤等事故，造成严重安全隐患。
2.接触冲刷现象
土石坝建造中所使用的土料或土石混合料在粒径上往往存在差异，水的渗漏作用下形成的渗流，会将接触面的细小颗粒物冲刷带走，这样就会导致坝体内细颗粒土料的流失，这就是接触冲刷现象，是渗透变形病害的又一表现形式。同时由于渗流的影响是长期存在的，就会将接触面的细小颗粒逐层冲刷带走，造成渗流接触面的破坏程度不断加大，产生坝体裂隙、裂缝等。同时，被渗流带走细小颗粒可能随着水流移动至其他位置，并再次聚集，这样就会造成坝体的变形，影响坝体结构的整体稳定性，以及堤坝原本设计功能的有效发挥。
3.接触流失现象
接触流失与接触冲刷现象类似，同样是在渗流作用下的堤坝病害表现。接触流失主要是指坝体内不同渗透系数的土层之间，出现层间渗透，使细小颗粒物随渗流进入其他土层。一般接触流失现象中颗粒物的移动方向都是从渗透系数较小的土层向渗透系数较大的土层移动，这样就会导致渗透系数较小的土层中土料不断流失，结构稳定下下降，流失的土料会在渗透系数较大的土层中堆积，造成坝体结构变形。
4.管涌现象
在水体渗透作用下，坝体内部会出现很多的孔隙，一些孔隙直通坝体表面，坝体内部的细小土壤颗粒随着孔隙中的渗流还会被带到坝体外部，这种现象被称为管涌。一般管涌现象多见于土石坝的基础和下游边坡位置，由于渗透压力较大，渗透影响程度较高，容易出现多处持续管涌的现象，将坝体内的土料、细砂等持续不断的带出坝体外部，造成坝体地基内部孔隙、孔道的扩大，内部土料流失加剧，影响土石坝地基、边坡结构的稳定性，严重情况下可能导致地基松动、垮塌、决堤等事故。
二、水利工程土石坝渗透变形的成因分析
1.土石坝的整体设计方案及工程整体布置存在设计缺陷
基于土石坝在国内外水利工程中的广泛运用，受经验主义的影响，有的水利工程在土石坝选址、水利工程的布局、坝型设计、施工方案选取等过程中对当地基础资料（如水文、地质、地形、气象等）分析研究不充分不全面，盲目借鉴相似工程案例或以往经验，对取材的土石料特性（容重、抗剪强度、挤压强度、渗透系数等）缺少足够的实验检验数据等，未避免土石坝与刚性建筑物的连接或连接部位设计处理不当造成渗漏通道等，溢流设施设计不足引起土坝漫顶等，坝体防渗体选型和防渗材料选择不当，不能有效降低浸润线，排水体设计不当渗漏水不能及时排除等，给土石坝渗透变形的出现埋下隐患。
2.土石坝建设材料的防渗透性能不足
土石坝建设中所使用的主要材料为土料或土石混合料，由于土石坝建设的材料用量较大，为降低成本、方便施工，往往会采取就地取材的策略。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际的建设过程中，就地取材存在颗粒级配、压实性、渗透系数、有害矿物质含量、抗剪及挤压强度等物理力学指标与设计不相符的情况，部分水利工程建设区域内的土料、石料等具有较强的亲水性、膨胀性等，将这样的材料大量应用于土石坝建设，就可能使最终建成的土石坝整体防渗透性能不足，导致土石坝运行管理中渗透变形的发生。
3.土石坝建设施工工艺中存在问题
对施工工艺的把控也会对土石坝的防渗透性能造成影响。在一些土石坝工程建设中，由于施工工艺规范性、科学性不足，如基础部分降水、压实工作不到位，缺少黏土密封夯实操作环节，灌浆施工中操作不规范，灌浆不严实，防渗层设置不完整等，都可能影响土石坝的整体防渗透性能，进而导致土石坝出现渗透变形病害。此外，施工工艺选用不当，或存在暴力施工行为，对坝体造成了破坏，也可能加大渗透变形病害产生的几率。
4.土石坝日常防渗养护工作开展不到位
土石坝建设完成后，还需要通过日常的养护，来保证其性能的发挥。而日常防渗养护工作不到位，也是导致渗透变形病害出现的一个重要原因。如日常忽视对土石坝渗透变形问题的检查分析，没有做好坝体微小裂隙的修补处理，不注重对防渗结构损坏的修补，日常堤坝防渗加固工作不到位，部分堤坝年久失修等，这些都为堤坝渗透变形病害的出现提供了条件。
三、水利工程土石坝渗透变形的防治措施
1.结合实际优化土石坝防渗透设计的方案
有效的防渗透设计应当与水文地质、堤坝规模、使用环境、建设材料、成本预算等实际条件相适应，因此，在进行防渗透设计前，就要做好相关的调查分析工作。如做好水文地质勘察工作，准确把握水文地质条件，及其对堤坝渗透变形情况的影响。同时结合工程设计的图纸、设计参数等，分析堤坝规模、使用环境、材料等对渗透变形病害产生几率的影响。在土石坝防渗透设计方案的编制中，要尽可能避免盲目依据经验进行设计，或直接套用其他工程的防渗透方案，要确保反渗透设计方案与工程实际的相符性，并要检验方案的可行性，以编制出最佳的防渗透设计方案。
2.加强对土石坝建设材料防渗透性能的把控
提高建设材料的防渗透性能，也是防治水利工程土石坝渗透变形病害的可行措施。一般土石坝工程的建设材料都是就地取材，对于这些材料的防渗透性能还要进行实验分析，放渗透性能较好的材料可以直接用于建设施工，对于防渗透性能不足的材料，则需要通过材料的改良处理，或加入其他添加剂等措施，提高混合材料整体防渗透性能。对于防渗透性能较差的材料，在成本预算允许情况下，可通过购置防渗黏性土料、石料等，来进行部分或全部替代，减少材料性能问题所导致的土石坝渗透变形病害的发生。
3.采用有效的防渗透施工工艺防治渗透变形
施工工艺方面，一方面要通过提高对施工工艺实施过程的把控，提高施工质量，减少渗透变形病害，另一方面要积极采用有效的防渗透施工工艺，实现对渗透变形病害的防治。如可在施工中采用高压喷射灌浆防渗技术，通过提高灌浆喷射压力，强化灌浆的密实度，减少坝体内部孔隙、裂缝，达到防渗目的。也可以采用套井回填防渗技术，通过黏土回填并严密夯实，在坝体内形成黏土防渗墙，以此控制坝体的渗透变形。还可采用混凝土防渗墙技术，通过在坝体上钻孔，并灌注混凝土，构建混凝土防渗墙，来提高坝体的防渗透性能，实现对渗透变形病害的有效处理。
4.加强土石坝日常防渗养护工作的开展
除上述几方面措施外，还要在日常做好对土石坝的防渗养护工作。通过定期检查了解土石坝渗透变形的情况，对检查中发现的坝体微小裂隙、孔洞，以及渗透变形病害的早期征兆加以重视，及时进行修复处理，避免病害的发展。还要定期对土石坝进行预防性的防渗加固，提前消除渗透形变的隐患，实现对土石坝渗透形变病害及相关事故的事前防治，保证水利工程的使用安全与效益发挥。
参考文献
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论文作者:张琳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/22
标签：土石论文; 病害论文; 水利工程论文; 材料论文; 堤坝论文; 防渗论文; 性能论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;