大壩滲流安全監(jiān)測與監(jiān)測資料分析講義

1、1 前言2 大壩滲流安全監(jiān)測3 滲流監(jiān)測資料整編分析水庫數(shù)量：全國現(xiàn)有水庫86353座，其中大型529座，中型3181座，小型82643座（09年鑒）建設(shè)年代：1950年ICOLD 統(tǒng)計15m以上大壩中國僅 22座，上世紀50-70年代建壩約占93% 地區(qū)分布：湘、贛、粵、川、魯、鄂、滇7省水庫數(shù)過5000座，占全國61%，湖南11815座為最多壩型壩高：土石壩占大壩總數(shù)的93%，壩高30m 以上的水庫9191座，15m以上2.63萬 水庫數(shù)量1 前言老化病害嚴重工程標準低、質(zhì)量差（先天不足）維護不夠、老化失修（后天失調(diào)）病險水庫較多3萬多座病險水庫，占總數(shù)40%老化、水毀、地震等不時新增大壩

2、風(fēng)險居高經(jīng)濟社會發(fā)展，水庫影響增大極端氣候條件，突發(fā)事件影響 突出問題1 前言歷年潰壩：19542009年56年間全國共發(fā)生水庫潰壩 3504座，年均62.6座，其中小型3375座（占96%）過程分布：潰壩高峰在大躍進、文革期間，最多1973年潰556座，改革開放后快速減少，近年低位穩(wěn)定重大災(zāi)害：1975年河南板橋、石漫灘潰壩，1993年青海溝后潰壩等，極大改變了大壩安全管理發(fā)展進程近期情況：2000-2009年共47座，年均4.7座，近幾年是,07年7座，08年1座，09年沒有，10年已有8座 水庫潰壩1 前言滲流問題的重要性 在工程事故統(tǒng)計中，滲流原因所占份額僅次于洪水漫頂，高達3040%

3、 。 因工程質(zhì)量認識、運用條件變化、技術(shù)要求提高，以及保障大壩運行安全和安全管理的需要，對已建壩進行滲流安全評價非常重要。1 大壩滲流安全概要1.1 滲流概念大壩滲流危害 1）土石壩：破壞防滲與排水設(shè)施，造成壩基壩體和結(jié)構(gòu)滲流破壞，降低壩坡穩(wěn)定性。 2）混凝土壩：揚壓力降低壩體穩(wěn)定性，兩岸地下水影響壩座和巖體穩(wěn)定，對壩基和結(jié)構(gòu)造成水化學(xué)侵害。 3）此外：過大的滲漏損失減低工程效益。1 大壩滲流安全概要1.1 滲流概念 滲流破壞：滲流作用下的孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，又稱滲透變形 破壞形式：管涌、流土、沖刷 土的分類：管涌、流土、過渡型，Cu判斷 破壞指標：滲透坡降J，J破壞、J允許 破壞判斷：直觀判

4、斷、分析比對1 大壩滲流安全概要1.2 滲流破壞 安全：在設(shè)計條件下基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)不發(fā)生滲流破壞，滲流對結(jié)構(gòu)影響是有限和可接受的，并將滲流量控制在可接受的范圍內(nèi)。 控制：“上堵下排”原則，上堵措施有防滲體和防滲結(jié)構(gòu)，下排措施有排水體和反濾保護措施，通過這些措施將大壩滲流控制安全范圍。1 大壩滲流安全概要1.3 大壩滲流安全與控制2.1 概述2.2 巡視檢查2.3 壩體滲流壓力觀測2.4 壩基滲流壓力觀測2.5 繞壩滲流觀測2.6 滲流量觀測2 大壩滲流安全監(jiān)測2 大壩滲流安全監(jiān)測相關(guān)技術(shù)標準： 土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（SL60-94） 土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程（SL169-96） 混凝土壩安全監(jiān)

5、測技術(shù)規(guī)范（DL/T5178-2003） 混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(試行)(SDJ336-89)2.1.2 滲流安全監(jiān)測項目及要求 必設(shè)項目：1）巡視檢查 2）滲流量觀測 選設(shè)項目： 壩體滲流壓力 壩基滲流壓力 繞壩滲流觀測2 大壩滲流安全監(jiān)測2.1 概述2.1.3 觀測項目與觀測頻次2 大壩滲流安全監(jiān)測2.1 概述觀測項目建筑物級別觀測頻次（次數(shù)/月）施工期初蓄期運行期巡視檢查*必設(shè)必設(shè)必設(shè)10430842滲流量必設(shè)必設(shè)必設(shè)104301063壩基滲流壓力必設(shè)必設(shè)選壩體滲流壓力必設(shè)必設(shè)選繞壩滲流必設(shè)選選*注：巡視檢查不受上述限制，有條件可多做一些巡視檢查，尤其是汛期、高水位期、水位升降期應(yīng)加

6、密頻次，加強巡視檢查。2.2.1 巡視檢查的重要性 巡視檢查是對設(shè)備監(jiān)測在空間和時間不足上的補充，實踐表明：很多滲流險情首先是巡視檢查發(fā)現(xiàn)的，國外經(jīng)驗：大壩安全管理中巡視檢查工作非常重要。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.2 巡視檢查2.2.2 巡視檢查的重點 1）壩體：裂縫、獸洞、蟻穴等影響滲流安全的隱患。 2）下游：散浸、出水點、集中滲水、塌陷隆起等，翻砂冒水、混水等。 3）上游：凹陷、塌坑等，水面漩渦、漏水聲等，必要時做水下檢查。 4）建筑物接觸部位的滲流進出口。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.2 巡視檢查2.3.1 觀測目的及內(nèi)容 1）監(jiān)控觀測斷面壩體的滲流安全變化。 2）了解防滲排水措施的工作效能。

7、3）掌握觀測斷面的壩體壓力分布。 4）確定斷面上水位線位置。 5）監(jiān)控穿壩建筑物滲流安全。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.3 壩體滲流壓力觀測 均質(zhì)壩 斜墻壩 寬心墻壩 窄心墻壩壩體滲流壓力觀測布置示意圖 2.3.3 觀測設(shè)備 1）設(shè)備有測壓管、孔隙水壓力計兩類。 2）高壩、滲透系數(shù)小和壓力變幅小的土層不宜測壓管，測壓管管徑不宜大，滲流急變區(qū)的花管段不宜長、測點不宜少。 3）觀測設(shè)備的考證資料要準確，孔口要防雨水，數(shù)據(jù)采集設(shè)備要定期校驗。 4）造孔要干鉆，反濾和分段止水要可靠。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.3 壩體滲流壓力觀測2.4.1 觀測目的及內(nèi)容： 1）監(jiān)控觀測斷面壩基的滲流安全變化。 2）了解防滲排

8、水措施的工作效能。 3）掌握透水地基的滲壓力大小及其分布。 4）監(jiān)控穿壩建筑物滲流安全。 5）壩基范圍包括天然巖土層，深入壩基的防滲排水設(shè)施等。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.4 壩基滲流壓力觀測2.4.2 觀測布置 1）橫斷面布置：取決于地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造，斷面數(shù)一般不少于 3 個，應(yīng)順流線方向布置，或與壩體滲流壓力觀測斷面相重合。 2）觀測孔布置：根據(jù)建基面輪廓、壩基地質(zhì)條件、防滲和排水型式，一般不少于3個。 3）觀測點布置：一般在不同高程布置 12個。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.4 壩基滲流壓力觀測2.4.3 觀測設(shè)備 1）與壩體觀測一樣，設(shè)備有測壓管、孔隙水壓力計兩類，設(shè)備選用原則也同。 2）一般

9、選用與壩體觀測一樣設(shè)備，便于觀測。一般壩基觀測對測壓管的限制放寬。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.4 壩基滲流壓力觀測 1）目的：監(jiān)控結(jié)合面滲流安全，了解繞滲對大壩滲流的影響，掌握壩肩地層滲流安全。 2）布置：一般在結(jié)合面和外圍布置 13 斷面，沿結(jié)合面和流線方向布置。 3）設(shè)備：一樣的滲流壓力觀測設(shè)備。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.5 繞壩滲流觀測2.6.1 重要性 滲流量是反映滲流場狀態(tài)的另一大基本要素，是反映滲流安全問題最直觀、靈敏和綜合的因素，對防滲體工作狀況反映最全面及時，很多工程變化在滲流壓力觀測判斷還不夠明確時，滲流量反映已相當(dāng)明顯。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.6 滲流量觀測2.6.2 觀測項目

10、有流量和水質(zhì)兩個方面觀測指標，前者是任何工程等級的工程都應(yīng)該觀測的項目，土石壩更是必不可少。水質(zhì)觀測又可包括透明度、溫度和化學(xué)成分觀測。 2 大壩滲流安全監(jiān)測2.6 滲流量觀測2.6.3 觀測設(shè)備 根據(jù)滲流量大小和匯集條件選用方法設(shè)備： 1）容積法：流量小于1 L/s 時宜采用容積法。 2）量水堰法：流量在 1300 L/s 之間時宜采用量水堰法。 3）測流速法：當(dāng)流量大于300 L/s 或受落差限制不能設(shè)量水堰時，可用測流速或典型斷面水位的方法。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.6 滲流量觀測2.6.4 滲流量觀測布置原則 1）根據(jù)壩型和壩基地質(zhì)條件、滲漏水出流和匯集條件，及所采用的測量方法等確定。

11、2）對壩體、壩基、繞滲及導(dǎo)滲 （含減壓井和減壓溝）的滲流量，應(yīng)分區(qū)、分段進行測量。 3）對明流和潛流盡可能完全測量，有條件的工程宜建截水墻或觀測廊道。透水層深厚不能觀測是應(yīng)在下游順水流方向做地下水位觀測。 4）所有集水和量水設(shè)施應(yīng)避免客水干擾。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.6 滲流量觀測2.6.5 量水堰的設(shè)置注意問題 1）量水堰應(yīng)設(shè)在矩形斷面排水溝的直線段，槽底和側(cè)墻不漏水； 2）堰板與側(cè)墻和水流方向垂直，堰板平正，堰口水平； 3）堰上水流為自由出流形式，不受其它（雜物）干擾； 4）量水堰考證資料準確，存檔備查。2 大壩滲流安全監(jiān)測2.6 滲流量觀測3.1 簡述3.2 原始資料及考證資料3.3 觀

12、測資料整編3.4 滲流觀測資料分析3.5 滲流觀測綜合分析3 滲流監(jiān)測資料整編分析 1）滲流監(jiān)測是監(jiān)控大壩安全運行的重要內(nèi)容，通過資料分析才能充分發(fā)揮監(jiān)測作用。 2）通過監(jiān)測資料分析，及時掌握工程安全狀況，進行一定的預(yù)測預(yù)報。 3）監(jiān)測資料整編分析是工程管理工作的重要內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)制度化。 4）主要內(nèi)容包括：考證資料，定期整編分析與刊印，遇工程問題或大壩安全鑒定等應(yīng)全面整理分析監(jiān)測資料。3 滲流監(jiān)測資料整編分析3.1 簡述 1）觀測設(shè)施考證資料：觀測設(shè)施布置（平剖面圖、數(shù)據(jù)表格），埋設(shè)安裝的位置與初始的讀數(shù)，新的校驗測試修正。 2）監(jiān)測記錄考證整理：參數(shù)的轉(zhuǎn)換，溫度修正，系列化。3 滲流監(jiān)測資料整

13、編分析3.2 原始資料及考證資料主壩部分測壓管考證表（舉例）測壓管編號平面位置豎直位置（m）埋設(shè)時間(年.月)備注樁號壩軸距管底高程沉淀管長度透水段長度管口高程管長0+375T1壩體+41.50-8.0028.530.504.0042.7314.2087.8壩軸距“-”表示上游，“+”表示下游0+375T2+17.5027.460.503.0039.6612.2087.80+375T3+41.5022.740.501.5033.9411.2087.80+375J1壩基-8.0018.370.500.5042.5724.2087.80+375J218.670.500.5039.8721.2087

14、.887.80+375J318.740.500.5033.9415.2087.887.8 1）考證資料：觀測設(shè)施布置（平剖面圖），埋設(shè)安裝位置與初始的讀數(shù)，新的校驗測試修正，觀測設(shè)施考證表。 2）整理編?。涸紨?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，溫度等參數(shù)修正。觀測數(shù)據(jù)、過程線關(guān)系圖等圖表編制，刊印成冊。3 滲流監(jiān)測資料整編分析3.3 觀測資料整編3.4.1 滲流壓力資料分析 按壩體、壩基、繞滲分別整理分析。 1）過程線分析：各測點滲流壓力過程線，含上下游水位和降雨。確定并消除遲后時間，剔除差錯數(shù)據(jù)。 2）特定過程線：特定庫水位下滲流壓力過程線，測點位勢過程線。i(P-H2)/(H1-H2)100% 3）相關(guān)線：滲流壓

15、力與庫水位(或上下游水位差)相關(guān)線。 4）滲流壓力分布：壩體橫斷面滲流壓力（含浸潤線位置）分布，壩基滲流壓力等勢線分布，對比設(shè)計浸潤線位置。3 滲流監(jiān)測資料整編分析3.4 觀測資料分析3.4.2 滲流量資料分析 滲流量受溫度影響，統(tǒng)一折算成10水溫滲流量；潛流占有較大比重且有觀測的，推求潛流量。 1）過程線分析：各測點滲流量過程線，含上、下游水位和降雨。確定并消除遲后時間，剔除差錯數(shù)據(jù)。 2）特定過程線：特定庫水位下滲流量過程線，畫引流量過程線。qQ/(H1-H2) 3）相關(guān)線：滲流量與庫水位（或上下游水位差）相關(guān)線。 4）滲流壓力分布：壩體橫斷面滲流壓力（含浸潤線位置）分布，壩基滲流壓力等勢

16、線分布，對比設(shè)計浸潤線位置。3 滲流監(jiān)測資料整編分析3.4 觀測資料分析此外，滲流量分析還有： 1）水質(zhì)（透明度）變化分析等。 2）滲漏損失分析，滲漏損失是一個相對的問題，主要考量絕對值大小、相對于來水和興利的關(guān)系、總體水資源狀況等。3 滲流監(jiān)測資料整編分析3.4 觀測資料分析3.4.3 滲流觀測資料統(tǒng)計分析 對滲流壓力p、滲流量q等因子可以通過數(shù)理統(tǒng)計方法建立與相關(guān)因子（如水位h、降雨i、時間t等）之間的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系（統(tǒng)計模型），進而推求兩者之間的定量關(guān)系，用于對資料的分析解讀和預(yù)測預(yù)報，也是目前大壩監(jiān)測資料分析中常用的一種方法。p,qf(h)+f(i)+f(t)+c3 滲流監(jiān)測資料整編分析3.4 觀測資料分析滲流壓力統(tǒng)計模型（舉例） 滲流壓力水位的多因子統(tǒng)計模型很多，這里主要考慮上游水位、降水量、時間等因子。統(tǒng)計模型為：h=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7+a8x8+a9x9+a10 x10式中：1）h為滲流壓力水位；2）x1為當(dāng)日上游水位；3）x2為前1至10日上游水位平均