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        水庫防滲措施應(yīng)用效果分析與評價

        2021-07-05 05:26:10
        地下水 2021年3期
        關(guān)鍵詞:防滲墻水頭滲透系數(shù)

        王 遠

        (烏蘇市興源水務(wù)有限公司,新疆 塔城 833000)

        我國水力資源豐富,居世界首位,目前已建成的水電工程約有814萬座,因此在實際工程中,做好水庫大壩的維護工作十分重要[1]。在水庫維護的問題中,滲漏破壞是影響大壩穩(wěn)定隱形的重要原因之一。因此,做好水庫大壩防滲問題,對于提高水庫大壩的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義[2-3]。

        針對此,本文在介紹大壩防滲措施的基礎(chǔ)上,針對某綜合型水庫的防滲方法以及防滲效果進行分析評價,通過分析防滲前后的水庫的滲透系數(shù)以及滲透比可知,該水庫采取的防滲墻的防滲效果較好。

        1 水庫防滲措施

        1.1 水平防滲

        在水庫防滲措施中,水平防滲主要是指防滲鋪蓋,其因施工簡便、經(jīng)濟合理,被廣泛用于水庫大壩的防滲。水平防滲所用的材料為黏土和土工膜,水平防滲長度是其最主要的參數(shù),最小防滲長度計算公式如下[4]:

        (1)

        式中:H上為上游水位;H下為下游水位;L為地下輪廓線長度;J為壩下游地基允許為水力坡降。在實際工程中,計算得到相應(yīng)合適的防滲長度,同時根據(jù)工程經(jīng)驗,Smin≥5H壩前水頭。

        1.2 垂直防滲

        1.2.1 灌漿

        水庫垂直防滲中,最常用的為灌漿技術(shù),灌漿技術(shù)主要是利用灌漿機將配好的漿液灌入混凝土壩出現(xiàn)裂紋中,從而提高壩體防滲的目的。在灌漿技術(shù)中,根據(jù)水庫實際情況的不同,其灌漿方法也不同。如表1 所示,漿不同灌漿方法的適用水庫情況[5]。

        表1 不同灌漿方法的適用水庫情況

        1.2.2 防滲墻

        在水庫工程中,防滲墻主要是指通過鉆孔及挖槽的機械設(shè)備,在水庫地基或土石壩(堰)體中以泥漿固壁,挖掘槽形孔或連鎖樁柱孔,并在挖掘好的孔槽內(nèi)以混凝土澆筑形成的具有防滲等功能的地下連續(xù)墻混凝土,從而達到水庫防滲的目的[6]。

        1.3 排水措施

        在水利工程中,排水的方法和種類較多。大體上進行分類可分為壩體排水與壩基排水。其中壩體排水又分為:棱體、帖坡、褥墊以及多種形式的綜合排水,壩基排水主要指的是排水溝或者減壓井排水。

        2 某水庫防滲措施與效果評價

        2.1 水庫基本情況

        本研究以某小型水庫為研究對象,該水庫是包含灌溉、防洪以及養(yǎng)魚的綜合性水庫。其大壩為均質(zhì)土壩,大壩的具體參數(shù)為:壩頂高程106 m;最大壩高20 m;壩寬5.4 m。壩底高程86 m;壩頂軸線長126 m。在未進行防滲加固措施前,該水庫的大壩出現(xiàn)基礎(chǔ)漏水,下游壩址排水差。兩岸繞壩滲流等問題,屬于病險水庫。需要采取相應(yīng)的防滲加固措施。

        2.2 防滲措施

        針對該水庫現(xiàn)狀,進行了如下防滲措施:(1)針對大壩出現(xiàn)基礎(chǔ)漏水問題,進行了防滲墻設(shè)計,在水庫大壩頂部軸線位置,采用沖抓套井回填的方式設(shè)置防滲墻采用的回填粘性土的粘粒含水率為0.45,滲透系數(shù)為(0.000 3~0.007)m/s;沖抓的高程為壩頂?shù)交鶐r。(2)針對兩岸繞壩滲流問題,設(shè)置三個滲流剖面,并根據(jù)剖面的分布情況,設(shè)置相應(yīng)的孔測壓管測點。具體情況如圖1所示。

        圖1 監(jiān)測剖面圖

        2.3 防滲加固效果分析與評價

        2.3.1 滲透系數(shù)分析

        在進行滲透系數(shù)分析時,主要是以是以該水庫的測壓管水頭數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,建立起滲透系數(shù)與水頭之間的關(guān)系。算法經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后,反演得到加固后的水庫壩體滲透系數(shù),具體操作如下:

        (1)通過查閱該水庫的相關(guān)地址勘測資料、工程技術(shù)文件、相關(guān)實驗報告等信息,確定出大壩各區(qū)域滲透系數(shù)的大概取值范圍;(2)將擬定好的滲透系數(shù)輸入到圖1所示的實體模型以及其相應(yīng)的有限元計算模型中,如圖2所示;(3)在建立好模型的基礎(chǔ)上,采用正分析的方法,進行有限元的分析計算,獲取測壓管位置處的水頭值。(4)將得到的水頭值和 預(yù)制對應(yīng)的滲透系數(shù)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行模型訓(xùn)練的樣本,進行訓(xùn)練,當(dāng)訓(xùn)練結(jié)果與設(shè)定的誤差小于設(shè)定的數(shù)值后,則網(wǎng)格訓(xùn)練成熟;(5)通過反演即輸入測驗管出的水頭值,來得到與之對應(yīng)為主除的滲透系數(shù)。

        圖2 有限元模型

        采用上述方法進行技術(shù)后,該水庫進行防滲加固后,大壩的滲透系數(shù)為3.89×10-6m/s;帷幕灌漿位置的滲透系數(shù)為1.89×10-6m/s;壩基的滲透系數(shù)為1.54×10-6m/s。

        2.3.2 防滲效果評價

        通過反演得到各壩體的滲透系數(shù)之后,建立大壩的流體計算模型,在真長蓄水位103.7 m的情況下采用ICEM進行網(wǎng)格劃分,計算軟件采用ANSYS CFX,計算模型選用SST K-ω,進行流體仿真計算。計算結(jié)果經(jīng)過處理后,得到如圖3所示的浸潤線與水頭的分布圖。通過圖3的分析可知,采取防滲加固措施后,水庫中的水流由于需要先繞過加固區(qū)域才能流向下游,導(dǎo)致滲流的路徑加長,浸潤位置明顯的降低。并且通過圖三可以看出,防滲墻位置處的水頭線較為密集,因此,上游水頭的能量被消耗在防滲提內(nèi),大大提升的防滲效果。同時,通過計算可以得知,防滲墻從外到內(nèi)的滲透比為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2;其滲透比將小于其允許的最大滲透比降。從而證實了加固后的大壩不會發(fā)生滲透破壞。

        圖3 浸潤線與水頭的分布圖

        通過上分析可知,采用防滲加固后的大壩防滲效果得到了顯著改善,防滲加固效果較好。

        3 結(jié)語

        滲漏破壞是影響大壩穩(wěn)定運行的重要原因之一,解決滲透問題對于提高大壩的壽命以及穩(wěn)定性具有重要意義。本文在介紹大壩水平防滲、垂直防滲、排水防滲等防滲措施的基礎(chǔ)上,對某水庫大壩的防滲措施以及防滲效果進行評價,通過分析可知,該大壩采取防滲墻進行防滲處理后,大壩的滲透系數(shù)變?yōu)?.89×10-6m/s,帷幕灌漿位置的滲透系數(shù)變?yōu)?.89×10-6m/s,壩基的滲透系數(shù)變?yōu)?.54×10-6m/s;同時防滲墻從外到內(nèi)的滲透比為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2,其滲透比將小于其允許的最大滲透比降。從而證實了加固后的大壩不會發(fā)生滲透破壞。

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