前坪水库坝址区渗漏分析及处理措施优化研究

发布时间：2020-04-08 18:07

【摘要】：坝址区渗漏不仅影响水库效益的正常发挥,而且对坝体安全稳定造成影响。前坪水库坐落于河南省洛阳市汝阳县城以西9公里,北汝河干流上。水库总库容5.9亿m~3,主坝采用黏土心墙砂卵(砾)堆石坝,最大坝高90.70m。经分析认为坝址区具有渗漏通道,存在大量渗漏可能。前坪水库坝址区采用防渗帷幕减少渗漏量。本文深入分析前坪水库坝址区的工程地质条件、水文地质条件、坝基和坝肩防渗体系,采用三维有限单元数值分析方法,对坝址区原防渗处理措施进行三维渗流计算,并在此基础上对防渗处理措施进行优化。主要内容如下:(1)对前坪水库坝址区渗漏问题进行分析评价。坝址区工程地质和水文地质条件分析表明,前坪水库坝址区存在坝基和绕坝渗漏问题。(2)采用EH4大地电磁法对F2断层以及F6断层的空间展布特征进行分析,结果表明F2断层和F6断层在大坝下游存在空间展布,在大坝下游存在交汇可能性。(3)基于有限差分法,分析前坪水库坝址区天然渗流场,掌握前坪水库坝址区蓄水前初始地下水渗流场的分布特征。分析结果表明,天然渗流场分布受河流流向和山体分水岭影响明显,且变化较小。(4)针对前坪水库建成后可能引起的坝址区渗漏问题,采用有限元方法建立三维有限元模型,对断层带的宽度、延展性、覆盖层的厚度和基岩的风化情况进行合理的概化,对前坪水库坝址区渗漏问题进行三维数值分析。(5)在原设计防渗方案基础上,对前坪水库坝址区防渗处理措施进行优化分析,推荐最佳防渗方案。将坝基防渗帷幕底板高程从261m抬升至290m,坝址区总渗漏量由无防渗工况下的484530m~3/d减少为4220m~3/d,防渗帷幕减少了总渗漏量达99.13%,年渗漏量占年径流量3.32亿m~3的0.46%,F2断层的水力梯度由无防渗工况下的5.46降低至最大值为1.71,水力梯度在工程允许范围内,不会发生渗透破坏。防渗措施优化后,减小了帷幕灌浆的深度,可节省工程投资,缩短工期,经济效益和社会效益显著。
【图文】：

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库 98460 座，水库总库容 8967 亿m3。其中：大型水库 720 座，中型水库 3890座[1]。土石坝因其易选材、造价低廉、结构简单以及施工管理简便等特点[2]，使得其以经济方便的极大优点区别于其它挡水建筑物类型，从而得以在水利事业上广泛应用。据统计，世界上已建成高于 15m的大坝中土石坝占比 82.7%，其中中国占比 58.3%，见图 1-1 及 2-2。与此同时，随着时间的推移，由于自身的结构性质，土石坝在长期的使用中各种问题日益突显，此中最严重的就是土石坝渗漏的问题[3-4]。国内外的统计资料表明，其中近 40%的事故是由渗流破坏引发的，更严重者，甚至导致垮坝[5]。如青海恰卜恰河上的沟后混凝土面板砂卵石坝因渗透破坏导致 300 多人死亡，损失惨重[6]。美国的Teton大坝因渗透破坏导致溃坝，淹没 4 万多公顷的农田，致 14 人死亡，约两万五千人无家可归，损失美金高达四亿，令人警醒[7]。渗漏问题的存在威胁着土石坝的安全稳定性，同时对水库的效益的发挥产生影响，更会对到下游人民的生命安全以及财产造成极大威胁[8]。因此，预防土石坝的渗漏问题显得尤为重要。

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库 98460 座，水库总库容 8967 亿m3。其中：大型水库 720 座，中型水库 3890座[1]。土石坝因其易选材、造价低廉、结构简单以及施工管理简便等特点[2]，使得其以经济方便的极大优点区别于其它挡水建筑物类型，从而得以在水利事业上广泛应用。据统计，世界上已建成高于 15m的大坝中土石坝占比 82.7%，其中中国占比 58.3%，见图 1-1 及 2-2。与此同时，随着时间的推移，由于自身的结构性质，，土石坝在长期的使用中各种问题日益突显，此中最严重的就是土石坝渗漏的问题[3-4]。国内外的统计资料表明，其中近 40%的事故是由渗流破坏引发的，更严重者，甚至导致垮坝[5]。如青海恰卜恰河上的沟后混凝土面板砂卵石坝因渗透破坏导致 300 多人死亡，损失惨重[6]。美国的Teton大坝因渗透破坏导致溃坝，淹没 4 万多公顷的农田，致 14 人死亡，约两万五千人无家可归，损失美金高达四亿，令人警醒[7]。渗漏问题的存在威胁着土石坝的安全稳定性，同时对水库的效益的发挥产生影响，更会对到下游人民的生命安全以及财产造成极大威胁[8]。因此，预防土石坝的渗漏问题显得尤为重要。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV223.4

【参考文献】