【2017年整理】大坝及坝基渗流监测技术.docVIP

大坝及坝基渗流监测技术 [摘要] 文中简要叙述了大坝及坝基渗流监测的传统监测方法，重点介绍了渗流监测中的热监测和CT监测新技术，并列举了这些新技术在工程中的应用，结果说明这些新技术为有效监测大坝及坝基的渗流提供了保证。 [关键词] 大坝 坝基 渗流 监测 CT技术 一、概述 水库建成蓄水后，在上、下游水位作用下，坝体和坝基均会出现渗流现象。渗流对坝体和坝基稳定有重要影响。由于人们对客观规律认识的局限性，渗流计算和所考虑的防渗导渗措施往往不可能十分完善，在实际工程中，常发生超出设计预计的异常渗流现象，据国内外统计，由于渗流问题而失事的大坝，约占大坝总事故的40%左右。由此可见，对渗流问题必须予以高度重视，决不可掉以轻心。大坝在施工和建成后，为了确保大坝安全和水库蓄水效益，必须进行渗流监测，以确切掌握坝体及基础内部的渗流变化规律性，例如基础内各处的渗流强度、来源、流向及其变化；有无比较严重的集中渗流带；大坝蓄水后有无不利于基础安全的趋势性变化等，作为判断大坝稳定程度以及维修加固措施的重要依据。 二、传统的渗流监测方法 坝体渗流压力的测点应根据水库的重要性和规模大小、坝型、断面尺寸、坝基地质情况以及防渗、排水结构等进行布置。一般应选择最重要、最有代有性，而且能控制主要渗流情况以及预计有可能出现异常渗流的横断面，作为坝体渗流压力观测断面布置孔隙水压力计或测压管。例如选择最大坝高、老河床、合龙段以及地质情况复杂处，设计时进行稳定和应力计算的断面。 对于混凝土坝坝基渗流观测，通常沿着坝轴线方向选择一个纵断面和垂直于坝轴线方向选择若干个横断面布置测压管或孔隙水压力计。 对于土石坝通常也在坝基内埋没孔隙水压力计或测压管来进行观测。 孔隙水压力计的品种多样，目前在国内使用较多的是差动电阻式和振弦式等。 差动电阻式孔隙水压力计根据传感器内的两电阻之间的比值变化，计算测点处的渗流压力，其计算公式为： （1） 式中：P——测点处渗流压力； f——仪器灵敏度； b——温度修正系数； △Z——观测电阻比相对基准值变化量； △T——观测温度相对基准值变化量。 振弦式水压力计是利用钢弦自振频率的变化来反映测点处渗流压力的，其计算公式为： （2） 式中：△A——观测之钢弦频率相对于基准值的变化量，其余符号意义见式（1）。 根据观测值求得各测点处渗流压力后，可求得各测点处的渗压水头。 测压管由压力表、测绳、水位计等测得管内渗流水位。 坝体和坝基渗流量监测，对于单孔渗流量仍然普遍采用量杯和秒表，集中后的渗流量使用量水堰法和测速法。 三、渗流监测的新技术 上述的传统渗流监测方法无疑是非常重要的，也是最基本的方法，大多数工程均采用这些方法进行渗流观测。对渗流观测资料大多采用统计分析方法，以库水位或坝址降雨、气温和时效作为自变量，建立与渗流之间的关系，对坝体和坝基渗流状态作分析和预报。这些远不能满足工程的实际需要，原因其一，由于坝体材料和坝基岩石的不均匀性，所建立的统计回归方程有时不能较准确反映出坝体及坝基内在情况，为了掌握其变化规律和作出预报，还需做大量复杂的分析工作和寻找更多的第一手资料作为依据。其二，传统方法不能有效确定坝体或坝基内各处的渗流强度、来源及流向，工程一旦出现渗流异常需补做防渗措施时，给加固设计带来一定困难。因此，近年来，国内外发展了渗流监测新技术，如渗流热监测技术，渗流CT监测技术。 1、渗流热监测技术 （1）基本思路 对坝体或坝基渗流状态作分析时，过去常将温度这个物理量作为一个自变量来看待，但它本身实际上也是坝体和坝基内部渗流这个函数的因变量。其原理是由于库底水温较低，受外界气温影响小，年变幅小，在库水通过的地方其温度应不同于基础内其他部位的温度。由于坝体和坝基各处渗透系数不同则各处渗流速度也不同，渗流温度变化较之库水和地表集水的温度存在不同程度的差异。通过研究这些差异，帮助我们认识和了解各处渗流的实际情况。 实现渗流热监测技术并非困难，由于多数工程均设置了范围广泛的扬压力孔、排水孔、绕坝渗流孔、土坝浸浸线观测孔等，若能在观测孔内水位的同时结合观测孔内水温、基础温度、库水温度和地表温度，就可对坝体和坝基的渗流状况进行更有效地分析。 渗流热监测作为一种行之有效地具有发展前途的渗漏探测方法，它是从勘探地下水所进行的地温研究得到启发而开始的。从1958年到1961年，美国Occidental大学在室内做了大量试验，以测试是否可根据地温变化寻找矿藏和沙漠区中的地下水。为了验证试验结果的正确性，1961年10月31日对加利福尼亚洲的Johnson流域（一小块沙漠区域）作全面的地温测试，获得了比较满