某土工膜防渗土石坝渗漏险情成因分析

随着土工膜广泛应用于水库大坝防渗,土工膜缺陷引起的大坝渗漏问题严重威胁着水库大坝安全和工程效益发挥。针对某土工膜防渗调蓄水库主坝渗漏问题,建立有限元计算模型,计算了土工膜缺陷位置、尺寸对主坝浸润线、渗流场位势等渗流特性的影响,分析了渗漏成因,并结合高密度电法、安全监测资料、补充地勘资料进行验证。结果表明,渗漏原因为主坝坝体填土压实度较低、部分具有湿陷性导致主坝沉降量大引起坝坡土工膜受拉破坏;随着土工膜缺陷位置上移,浸润线高程先增大后减小,且局部有凸起现象;膜后消杀水头随土工膜缺陷尺寸增大而缓慢减小,随缺陷位置上移先基本不变后显著增大;桩号0+070断面上游坝坡与库底交界处上方附近、桩号0+270断面上游马道附近土工膜发生破损。研究结果可为同类工程病险诊断、设计和运行管理提供参考。

复合土工膜缺陷渗漏试验的饱和-非饱和渗流有限元模拟

介绍了复合土工膜缺陷渗漏量室内物理模型试验以及缺陷渗漏量的经验拟合公式等成果。应用非稳定饱和-非饱和渗流理论和Galerkin有限元法,建立了三维有限元数值计算模型,对该试验进行数值模拟。根据物理模型试验试样的轴对称性,选取中心角10度的试样建立精细三维有限元模型,详细模拟了室内试验条件下不同压力水头作用的渗漏在砂土试样中变化情况,并计算了渗漏达到稳定时的渗漏量。数值模型计算成果与物理模型试验结果变化规律一致,论证了数值饱和-非饱和渗流方法可以较好地模拟复合土工膜缺陷渗流场,并计算缺陷渗漏量。

土工膜缺陷渗漏引起气胀的研究

对于采用土工膜库盘防渗的平原水库,蓄水初期,土工膜缺陷渗漏,极易引起库区土工膜膜下非饱和土层中孔隙气体聚集、上升,并使土工膜产生局部隆起的气胀现象。分析了库水渗漏引起土工膜气胀变形的机理,研制了超大型专用气胀试验设备,利用渗漏区和非渗漏区气胀试验来模拟土工膜缺陷渗漏引起的气胀现象,得出结论:①对于没有缺陷的土工膜,在地下水位不变时,水库蓄水不会产生土工膜气胀现象;②平原水库蓄水初期,土工膜缺陷渗漏,渗水可侵占原膜下砂沟的孔隙空间,封闭排气通道,产生水阻现象,并影响膜下孔隙气体从砂沟排气系统中的正常排出;③平原水库蓄水初期,土工膜缺陷渗漏,渗水接触地下水后,会挤占土工膜膜下非饱和土孔隙气体空间,并引起库区内地下水位的整体上升,促使非饱和土中孔隙气体聚集、上升,并引起土工膜产生局部隆起的鼓胀变形,表现为气胀现象。

平原水库土工膜防渗特性分析

复合土工膜防渗措施是解决平原水库渗漏问题的有效手段。为了研究平原水库土工膜防渗特性,以山东省清源湖水库为例,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,建立了基于饱和-非饱和渗流微分方程的土工膜防渗围坝渗流有限元分析模型,并将计算结果与实测数据进行了对比。研究表明:铺设土工膜防渗后,非饱和区域显著增加,忽略非饱和区域会使得渗漏量计算值偏小、浸润线及溢出点高度计算值偏低,令设计者低估渗漏的严重程度,不利于坝体的渗流稳定;土工膜缺陷因素(如缺陷的位置、尺寸、数目及与其下垫层的接触情况)对渗漏量和围坝浸润线亦有较大影响;土工膜缺陷及土工膜与下垫层的接触情况主要取决于施工质量,在施工期对土工膜缺陷进行严格控制,可有效减少渗漏量,对平原水库的安全运行具有十分重要的意义。

复合土工膜缺陷渗透量试验观测

结合某复合土工膜斜墙坝工程材料实际情况,自行设计试验装置,进行复合土工膜缺陷渗透量试验研究,经长期观测得到复合土工膜在不同缺陷孔径、不同水头作用下的缺陷渗透量实测值。分析了复合土工膜的缺陷渗透作用机理及相关因素对其影响,为土工膜的防渗设计提供依据。

土工膜缺陷引起的土工膜防渗砂砾石坝渗漏数值模拟

为研究土工膜缺陷对土工膜防渗砂砾石坝渗流场的影响,基于某土工膜防渗砂砾石坝的实际情况,应用饱和—非饱和渗流理论,构建了三维有限元数值计算模型,并对土工膜缺陷条件下坝体和坝基渗流场进行了数值模拟,拟定了不同缺陷部位、尺寸的计算方案,分析了在不同压力水头下复合土工膜发生不同程度的破损对渗流场的影响,获得了土工膜防渗砂砾石坝缺陷渗漏渗流场的特性。发现单个土工膜缺陷的发生部位和大小对砂砾石坝的渗流要素(浸润线、渗透坡降、渗透流量)影响不大,对缺陷附近局部渗流场的影响较大,随着缺陷处压力水头或缺陷尺寸的变大,局部饱和区变大。表明单个土工膜缺陷渗流影响区域仅为缺陷附近垫层内部较小区域。

防渗土工膜的缺陷特性与缺陷渗漏研究进展

详细阐述土工膜用于防渗工程时出现缺陷的形式与测试方法、缺陷分析理论与计算模型、缺陷预防原则与措施、垫层属性与接触渗流、不同接触和垫层条件下的缺陷渗漏量、缺陷渗漏影响因素等方面的国内外研究现状,对现有的研究成果进行分析、归纳、总结和评价。总结表明,由于土工膜缺陷问题的复杂性和不确定性,现有研究以试验研究为主,辅以一定的理论分析和数值模拟,各方法和理论得到的成果存在一定的差异性。为此,建议了与土工膜缺陷相关的可进一步研究的若干重点问题,促使设计和研究人员对土工膜缺陷问题尽早得以较为全面的认识和有效的控制。

随机多缺陷条件下土工膜防渗土石坝渗漏特性

由于土工膜缺陷渗漏可能对土工膜防渗土石坝的防渗安全性造成隐患,采用饱和-非饱和渗流有限元理论,对坝面防渗土工膜多缺陷随机分布下的典型土石坝进行三维渗流场有限元模拟,合理考虑土工膜缺陷的数量、类型、位置、大小及其分布,重点分析土工膜的渗透量和缺陷渗漏量及膜后浸润面的变化规律。结果表明:与单缺陷条件下大坝渗流特性相比,坝面完好部分土工膜的渗透量变化不大,但多缺陷引起的渗漏量明显增大,导致大坝的总渗流量大幅增加。多缺陷会引起膜后坝体浸润面整体抬升,但局部浸润面高度变化与缺陷位置和数量明显相关,所在剖面缺陷位置越低,数量越多,浸润面抬升越明显。另外,膜后垫层水头局部分布规律与相邻缺陷渗漏的交叉效应相关。

土石坝防渗(复合)土工膜缺陷及其渗漏问题研究进展

在国内外众多土石坝采用(复合)土工膜防渗的工程背景下,分析了坝面或坝内土工膜缺陷的类型及产生缺陷的原因。归纳总结了国内外已有(复合)土工膜缺陷渗漏问题的研究成果,认为现有研究成果不适用于解决高土石坝复合土工膜的缺陷渗漏问题。同时认为高土石坝复合土工膜的缺陷演化规律、缺陷渗漏对坝体渗流场分布及对大坝安全的影响,以及如何采取有效的限渗减漏措施预防和减小缺陷渗漏量,已成为高土石坝复合土工膜防渗工程发展的瓶颈。为此,建议对复合土工膜的缺陷渗流特性进行试验研究,同时采用理论分析、数值模拟和工程实例反馈分析等手段对土石坝中复合土工膜的缺陷渗流及缺陷演化等相关问题进行系统研究,以便为复合土工膜防渗高土石坝的渗漏安全评判、预防及修复等方面起到理论指导作用。

土工膜缺陷对土石坝渗流特性的影响及控制措施

由于土工膜因缺陷导致的渗漏问题可能对土工膜防渗土石坝工程安全造成隐患,为此模拟不同的土工膜缺陷大小和位置,分别采用剔除单元法和渗透系数放大法对存在缺陷的土工膜坝面防渗土石坝进行饱和-非饱和三维渗流场有限元数值仿真计算,分析土工膜不同缺陷条件下大坝整体及局部渗流场变化规律。计算结果表明:土工膜缺陷渗漏仅对缺陷附近坝体局部渗流场分布产生较大影响,对大坝其他部位影响不大;土工膜缺陷位置越低,缺陷处水头越大,缺陷渗漏量增加越明显,并使缺陷处膜后坝体浸润线局部抬高。最后,针对土工膜缺陷渗漏提出了若干工程设计控制措施。

考虑土工膜缺陷的石渣坝三维渗流特性分析

以某中型水库覆盖层上土工膜防渗石渣坝为例,重点考虑坝面土工膜缺陷不同的类型、大小及其分布等不利因素,采用有限元法对大坝及地基开展三维渗流场数值模拟,并根据大坝水头分布、渗流量和渗透坡降计算成果,对大坝防渗安全性进行分析评价。结果表明:坝面土工膜缺陷主要影响坝体部分渗流场,局部抬高了浸润线,对坝基及两岸影响小;流经坝体部分的渗流量有大幅提升;缺陷附近膜后垫层发挥了防渗作用,局部渗透坡降增加明显。总体上,该大坝渗控安全能够满足正常运行要求。

防渗土工膜缺陷探测方法述评

针对土工膜防渗工程在各个阶段不可避免的土工膜缺陷问题,在阅读整理国内外相关文献的基础上,介绍适用于不同阶段的土工膜缺陷探测(含质量检测和渗漏监测)方法,重点对各类电学探测方法的优缺点及适用范围进行阐述评价。最后,归纳总结各种缺陷探测方法的适用性,提出若干土工膜缺陷处理技术建议。总结表明:电学法与其他探测方法相比,具有适用性强和精度高等优势,是未来进一步重点发展的土工膜缺陷探测主流方法;电学法若与缺陷处理技术相结合,可形成一套有效的土工膜缺陷预防和处理措施,以提高土工膜防渗体系的完整性。

平原水库复合土工膜缺陷渗漏影响因素数值分析

使用Flac3d数值模拟软件,以南水北调东线大屯水库为原型,建立平原水库复合土工膜缺陷渗漏数值计算模型,分析缺陷孔径、位置、水头高度及多缺陷联合作用对平原水库实际工程渗漏量的影响。结果表明:数值计算结果和室内试验结果吻合度较高,可用于实际工况分析;复合土工膜缺陷的数量和水头高度是影响复合土工膜缺陷渗漏的主要因素,其次为缺陷尺寸、缺陷间距和缺陷位置;复合土工膜缺陷尺寸较小和距坝脚较远时对复合土工膜缺陷渗漏量影响较小;复合土工膜缺陷渗漏量随缺陷数量和库水位的增加呈线性增长的趋势,当缺陷距坝脚小于100 m,且缺陷尺寸大于10 mm,同时缺陷间距较小时,应重点排查修补。

水库工程防渗土工膜的强度、渗漏与稳定若干关键问题

土工膜作为性能优越的防渗材料,已较广泛用于水库防渗工程.从规范角度分析中国水库工程土工膜防渗土石坝发展速度滞缓的原因,并扼要阐述当前土工膜防渗设计时存在的主要技术疑虑.在此基础上,就设计中需重点关注的涉及土工膜强度分析、土工膜渗透机理、土工膜缺陷与缺陷渗漏、土工膜周边连接、坝面土工膜稳定性等若干关键问题进行深入阐述和分析,建议了合适的强度复核计算方法、缺陷控制措施、垫层设计思想、周边限漏连接设计及陡坡坝面土工膜增稳方法,期望能够消除或减轻设计人员使用土工膜防渗时的一些技术疑虑,促使土工膜在水库防渗工程中得以广泛应用.