深厚覆盖层上土石围堰渗流及边坡稳定性研究(3)

乌东德水电站上游土石围堰填筑于60m厚的覆盖层上,堰体及基坑开挖后形成了高达150m的复合边坡。针对围堰采用的塑性混凝土防渗墙上接复合土工膜的防渗型式,采用有限单元法对其正常运行条件和局部破损情况下的渗流场进行了计算分析,并采用非线性强度参数对各运行条件下的上下游边坡稳定性进行了复核。研究表明,采用塑性混凝土防渗墙上接复合土工膜的防渗方案是合理的,其防渗效果显著;围堰断面的安全性可以得到保障。

　第９期　　　卢晓春，等：深厚覆盖层上土石围堰渗流及边坡稳定性研究

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表１　堰体填筑料及覆盖层渗透系数

ｃｍ／ｓ

由于防渗墙是在水下抛填砂砾石料后采用冲击反循环钻机造孔施工的。若这种施工造孔的垂直度不够，或遇有块球体而无法造孔时，可能形成“开叉”现象。同时，不同龄期浇筑的防渗墙也有可能在钻孔搭接处形成连接缝。此外，对于防渗墙上接土工膜的情况，搭接环节较复杂，同时堰顶作为主要的施工交通道路，运行条件恶劣，在防渗墙与土工膜搭接处也可能出现裂缝和缺陷

［９－１１］

。因此，除了要对正常运行条件下

的渗流场进行分析外，还有必要对局部破损条件下的渗流性态进行研究。

局部破损主要考虑以下几个因素：由于施工原因引起防渗墙底部开叉；土工膜与防渗墙连接处破损以及防渗墙在运行过程中因变形不协调所引起的裂缝。分析工况如表２所示。

表２　渗流分析计算工况

工况说明

１正常运行条件，防渗体系未发生破损２第Ⅰ层覆盖层底部开叉，宽度为１．０ｍ

３防渗墙只打入第Ⅱ层覆盖层，第Ⅰ层覆盖层未处理４防渗墙与土工膜水平搭接处全部拉开

５

防渗墙与土工膜水平连接处局部破损长１．０ｍ

防渗墙的开叉、防渗墙与土工膜水平搭接处的破损（工况２～５），可能性采用更改防渗体渗透系数的方式来模拟，具体是将防渗体的渗透系数更改为防渗体周围的覆盖层或者填筑料的渗透系数。

２．３　计算结果

主要分析防渗墙后浸润线高程、溢出点高程、溢出点渗透坡降及渗透流量，各工况的统计结果见表３。正常运行条件下等值线分布图如图４所示，防渗体局部破损条件下的等值线分布图如图５～６所示。

围堰体在正常运行条件下，防渗墙后浸润线高程为７７５．０ｍ，下游溢出高程为７３０．５ｍ，溢出点位于第Ⅰ层覆盖层，

溢出点渗透坡降为０．３５，单宽渗透流量为３

．１７ｍ３

／（ｄ·ｍ）。在正常运行条件下，大部分水头由防渗墙和复合土工膜承担，从浸润线下降趋势来看，覆盖层对浸润线的降低起到了一定的作用。总体上来看，渗透溢出点较低，渗透量不大，溢出点渗透坡降偏大，但设计方案中在下游坡面铺设两层共厚０．５ｍ的

表３　各工况计算结果统计

工况防渗墙后浸

溢出点

溢出点

单宽流量／

润线高程／ｍ高程／

ｍ渗透坡降［ｍ３

·（ｄ·ｍ

）－１］

１７７５．００７３０．５００．３５３．１７２７８２．６８７３２．４９０．３６５．３２３８０３．１７７７５．３２０．４０２９．９３４８１１．３６７８７．４６０．４２１５５．４８５

７８１．１３

７３１．５８

０．３５

４．５６

图４　正常运行条件下等势线分布

图５　防渗墙只打入第Ⅱ层覆盖层时等势线分布

图６　水平搭接处全部拉开时等势线分布

反滤层，且在表面用厚１ｍ的块石保护，其渗透安全性是有保障的。

从防渗墙底部开叉工况结果可以看出，防渗墙底部全线未穿透第Ⅰ层覆盖层时，浸润线和边坡出逸高程均有较大的抬高，渗流量增加较大，应对覆盖层第Ⅰ层采取灌浆防渗等补充处理措施。而防渗墙的底部存在施工缺陷（如局部未到基岩、局部开叉等）时，对堰基覆盖层内的浸润线有影响，但对边坡出逸高程和出逸比降影响不大。

防渗墙与土工膜水平搭接处全部拉开时，浸润线升高较大，渗流量也较大。由此可以看出，防渗墙和复合土工膜的搭接部位是防渗的薄弱部位，在施工过程中，应加强该部位的施工质量控制。

３　围堰的边坡稳定性分析

由于围堰工程是水利工程中的临时性建筑物，其填料土一般为山体和基坑开挖的废弃粗粒料，其抗剪