通海县水利局工程管理站 云南省玉溪市通海县 652700
摘要：据统计，我国目前各类水库大坝中土石坝占90%以上，土石坝事故中除了洪水漫坝是主要的垮坝类型外，其次就是渗流引起的破坏了，渗流是水在土体中运动而产生的，通过浸润、渗透，土体被水饱和、降低了抗剪强度，同时增加了动水压力，导致土体产生不同程度的变形、崩塌、滑移。渗流破坏引起的垮坝事故不但在洪水期可以发生，在非洪水期也可以发生，即所谓的“晴天垮坝”，所以重新认识渗流破坏很有必要，在下文中，作者从水利水电规范的角度对渗流的知识作了系统回顾，并对涉及渗流的小型土石坝建设及建后防治措施作了一定的总结，以供大家参考。
关键词：水库；渗流；土石坝；防渗；措施
一、渗透破坏的形式及形成机理
土的渗透破坏有四种形式：管涌、流土、接触冲刷和接触流土，无论是哪种形式的破坏，都表现为集中渗流，最终发展成为流土、管涌，冲刷周边通道不断坍塌、扩大，管涌发展到一定程度，无法控制而最终垮坝。但对于不同土质特征，有不同的的渗透破坏形式。
1、流砂（流土）
在向上的渗透水流作用下，表层土层范围内的土体或颗粒同时发生悬浮、移动，这就是流砂（土）。渗流方向是向上的，一般发生在地表或两层土之间，不管是粗粒土还是粘性土均可能发生，多发生在颗粒级配均匀的饱和细粉砂和粉土中，如筑在双层地基上的堤坝，地表层渗透系数远小于下层无粘性土层（其K1远小于K2），当地表层i＞icr时就会发生地表隆起、砂粒涌出，发生流砂（土）。如上部有反滤压重，其抗流土的能力提高大大提高。
2、管涌
在渗透水流的作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，流失的现象，这就是管涌。它是粗细颗粒间的相对运动，随着土中孔不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也被水逐渐带走，土体中形成贯通的渗流管道。粘性土一般不会发生管涌，管涌多发生在颗粒大小差别较大，缺少某种粒径的砂性土中，沿渗流方向发生，不一定向上。
管涌是堤防渗流破坏的一种形式，由于汛期高水位时由于堤基下沙性透水层的存在，堤内或堤基表面粘土层承受了较大的渗透压力，如果水压力持续增加，渗流出逸比降超出了土的临界比降，渗透水流将冲破粘土层，将下面的粉砂、细砂带出，通过反滤层降低管涌的破坏。
流砂和管涌是有区别的，流砂现象一般发生在土体表面渗流逸出处，不发生在土体内部，而管涌更名可发生在渗透逸出处，也可发生在土体内部。防治原则是，降低渗流出逸坡降，减少渗流压力，增强坝体和地基土的抗渗能力。
二、土的渗透变形判别方法
土的渗透变形分为四种：流土、管涌、接触流土、接触冲刷。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆渗透破坏的判别标准是渗透力是否大于土的抗渗强度，因土体中细料含量起着重要作用，常用细料含量Pc作为主要判别指标，根据水利水电工程相关规范，土的渗透判别主要采用有以下几种方法：
1、根据土的细粒含量判别流土和管涌
Pc≥1/ [4（1-n）]×100% 时为流土
Pc＜1/ [4（1-n）]×100% 时为管涌 其中Pc为细粒含量
2、对于不均匀系数Cu＞5的不连续级配土，根据土的细粒含量采用以下方法：
Pc≥35%时为流土
25%≤Pc＜35%时为过渡型
Pc＜25%时为管涌，
其中：Cu为土的不均匀系数，Cu=d60/d10×100%，另：对于均匀的土（不均匀系数Cu≤5），一般为流土
3、根据临界水力比降判别
①流土型：
临界水力比降icr=（ds-1）（1-n）
②管涌型或过渡型：
临界水力比降icr=2.2（ds-1）（1-n）2 d5/ d20
③管涌型：
临界水力比降icr=42d3/（k/n3）1/2
其中ds 为土粒的相对密度，n为孔隙率（%）；d3、d5、d20 为小于该粒径的含量占土总重量3%、5%、20%的颗粒粒径。
4、接触冲刷
对双层结合的土不均匀系数Cu均≤10，且符合下列条件时，不会发生接触冲刷：
D10/d10≤10
其中D10、d10代表较粗和较细土的颗粒粒径，小于该粒径土重占总重量的10%。
5、接触流失
符合下列条件时将不会发生接触流失
不均匀系数Cu≤5的土层：D15/d85≤5
其中D15、d85代表较粗和较细土的颗粒粒径，小于该粒径土重占总重量的15%和85%。
不均匀系数Cu≤10的土层：D20/d70≤7
其中D20、d70代表较粗和较细土的颗粒粒径，小于该粒径土重占总重量的20%和70%。
三、土石坝工程设计的防渗措施
土石坝防渗主要在建设设计阶段，按土石坝设计相关规范，筑坝材料应采用防渗土料，对均质坝、心墙和斜墙材料的渗透系数有一定要求；选择粘性好的防渗体填筑料，而对反滤料、过渡料及排水体料，则要求有一定的透水性。填筑施工对粘性土的压实度及砂砾石的相对密度严格要求。
土石坝坝体设计时应作坝基、坝体渗流控制，降低浸润线和水渗透压力，改变渗流方向，防止渗流变形。坝基的渗流控制，对于砂砾石坝基可采用垂直防渗（包括混凝土防渗墙，粘土截水槽，灌浆帷幕），上游防渗铺盖，下游排水设备（采用水平排水垫层、反滤排水沟、排水减压井、下游透水盖重）三种形式；对于岩石坝基当有较大透水断层、破碎带、软弱夹层时，做好接触面的表面处理，或采用灌浆、混凝土防渗墙、铺盖等处理措施，在防渗体、断层和破碎带处设置排水反滤设施。
坝体与土质坝基和岸坡的连接，土质防渗体应在不透水的基坝上或经防渗处理的坝基上，下游坝壳堆石处与坝基应设反滤层。坝体与岩石坝基和岸坡的连接，土质防渗体和反滤层宜与坚硬、不冲蚀和可灌浆的岩石连接。
土质防渗体与坝下涵管连接处扩大防渗面，下游面与坝下涵管接触处应做好反滤层，将涵管包起来。
四、小型水库土石坝渗流安全隐患及处理措施
土石坝安全监测中重点监测内容为渗流监测，项目包括渗流量、坝基渗流压力、坝体渗流压力和绕坝渗流，通过认真细致的渗流监测发现渗流安全隐患后，应根据渗漏隐患部位、类型分析其成因与危害，综合确定处置措施，总体来说，渗流安全隐患处置应采取“上截下排，截排结合”的原则，同时兼顾坝基、坝体和绕坝渗漏处置措施的综合利用。
小型水库土石坝渗流安全隐患主要包括坝基渗漏、坝体渗漏、穿坝建筑物接触渗漏及绕坝渗漏等，出现特征及处理措施如下：
1、坝基渗漏：当出现坝基渗流量比正常时持续增加，渗流水体浑浊或细颗粒带出，坝基土体塌陷、隆起等现象时。
处理措施。坝前防渗的处理：采取水平防渗或垂直防渗等截流措施，采取抛填粘土（袋）构筑铺盖、铺设土工膜、帷幕灌浆或设置防渗墙等措施。坝后排水反滤的处理：采取排水减压井、滤层压盖、排水暗管或反滤软围井等措施。
2、坝体渗漏：当出现上游坝坡塌陷，下游坝坡浸水量增加，有集中渗漏点，水质浑浊或有细颗粒带出，下游坝脚反滤体失效等现象时。
处理措施：上游可采取抛填粘土构筑戗堤或铺设土工膜，下游坝坡采取坝后设排水导渗沟或坝坡排水，反滤保护。
3、穿坝建筑物接触渗漏：坝下（内）埋管出口与坝体接触部位、开敞式建筑物侧墙与坝体连接部位、建筑物出口与坝体接触部位，以上三个位置当出现明显渗流，水流呈泉状涌出或出水浑浊；其次是出现坝下（内）埋管因不均匀沉陷断裂或止水破坏、建筑物进、出口与坝体连接部位出现塌坑且土体湿软等现象时。
处理措施：采取临水堵截、下游侧导渗、封闭围堰等措施；情况严重时，应降低库水位直至出口渗流不明显。
4、绕坝渗漏：当出现坝体与岸坡结合部明显漏水，土体表面隆起或有细颗粒带出，出现塌坑等现象时。
处理措施：坝前采取抛填粘土（袋）构筑铺盖、铺设土工膜、帷幕灌浆或设置防渗墙等措施，坝后对渗流出口采取反滤保护措施。
论文作者:黄燕霞
论文发表刊物:《基层建设》2015年6期
论文发表时间:2016/9/2
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