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1、天津大学仁爱学院2008届本科生毕业设计大型面板堆石坝的水文特征:渗漏的含义Jin-Yong Lee, Yea-Kwon Choi, Hyoung-Soo Kim, Seong-Taek Yun摘要：拥有粘土心墙和反滤层还有碎石护坡的Unmun大坝，位于韩国清道郡附近的洛东江流域。在坝区，白垩纪超群安山石搁置在侵入花岗岩中。这些形式的侵入接触在主坝和围堰附近，在上升序列的地层单元包括白垩纪花岗岩和安山岩，风化软岩 ，粉质粘土土层与砾石层。水库在1994年8月开始施工在1998年4月全面完成。在竣工之后，坝顶位置附近发现三个陷坑，当时水库水位在150米左右。泄漏量增加，主要是由于降雨引起水库水位
2、的上升。作为异常泄漏和大坝复原的对策，在大坝上进行的全面调查包括钻孔观测，灌浆，地质调查，还有韩国水资源公司的示踪试验。也有进一步的调查，确定漏水的大坝的水文特征。 坝顶和坝趾上安装的26个观测井的地下水位测量，以评估水库水位和地下水位之间的关系，和堤坝渗漏的影响。路堤左侧的地下水位高于正常的潜水位， 它只有4米，比水库水位较低，而在其右侧低6.65 m以上。顶井的地下水位波动的同时与水库水位没有明显的滞后时间， 这反映了水库和大坝内部之间良好的水力联系。 水力传导系数估计在建在大坝核心的9个监测井，从149液压试验表明：广泛介于1.42十4和4.35十8厘米/秒几何平均的3.13十6厘米/秒
3、。此外，监测井的水质明显不同水库。在监测井左侧的银行观察到高水平的浊度、电导率。所有这些水文特性反映可能发生水坝泄漏，尤其是在左堤坝。本文提出了一些调查研究的总结上的面板堆石坝的水文特征，这意味着渗漏异常。关键词：面板堆石坝;泄漏;粘土心墙;水力传导;岩溶塌陷;水位1.引言一些世界著名的水库已经遭受了持续的失水漏水，这是由于被之前的一些沉积物填满所造成的。许多渗漏问题，河坝倒塌问题的发生是由于渗漏量的控制以及核心，地基还有交界处的准备不充分造成的，还有不完备的清理措施引起的，这些都能引起河坝的倒塌。因此，河水的渗漏量应该予以控制来保证河坝的完整性和稳定性。Unmun河坝，是一个由碎石堆成的河坝
4、，它的中心是粘土砌成的，有一块过滤区，还有沙砾石贝壳。坐落于洛东江流域靠近朝鲜清道郡。此河坝是朝鲜最大的河坝之一，是专门用来供水的，长407米，高55米。河坝周围的山谷相对来说都很陡峭，左侧45-50度，右侧40-45度。最低的水库有122米，最高的差不多150米。蓄水池的面积为7.83平方千米，能容1.35M吨水，排水区的面积为301.34平方千米。河坝边上装了一个大门结果导致时不时的泄洪，现在排水得从海拔140米高的蓄水池处排水。河坝是从1992年6月开工的，到1993年6月完工。蓄水池第一次装水是在1994年8月份，1998年4月是第一次装满水。河坝的正后方第一次被填满是在98年4月22
5、日，第一个排水口是在南2米处发现的，当时是1998年6月26日，第二个排水口是在差不多蓄水池南12米处发现的，当时蓄水池的水位高为150.29米，第三个排水口是在98年10月15日发现的，然而当时的水位高只有150.03米。这三个排水口后来都被碎石填满，但是表面仍然凹凸不平。渗水量的多少能够看出蓄水池功能的好坏。之前的凝结的水泥灌浆，渗水量每天从1900立方米到2100立方米不等，正常情况下或是雨天是每天4000立方米到5000立方米不等。然而最初设想的渗水量仅为每天400立方米。根据韩国水资源公司综合的调查研究，包括钻孔，水平渗透实验，追踪测试，实验河坝的材料强度测试，电阻测探，地面渗透雷达
6、调查，震波折射调查，X线断层，可控资源等，这些测试为如何避免河坝里的破坏提供了宝贵的信息。根据调查结果，在2000年7月到8月期间凝结灌浆主要集中与排水口区域，包括河坝中间一些潜在的不牢固区域。这些泥浆的材料成分主要是带有混凝土的水泥，而这些水泥是由每天平均30%渗漏量的减少得来的。图1.大坝（a）地理位置；（b）坝和地下水监测井位置的布局不考虑2000年混凝土的压缩，河坝中水的渗漏量在2002年雨水多的季节比如78月份已经大大增多。跟之前相比，现在的渗水量不易轻易的降低。这项研究的主要目标是通过河坝路堤的渗水量来评估水文条件。制作这样具体的目标旨在检查蓄水池水位与渗水量之间的关系。还要评估水
7、利条件，包括水坝中心的材料和河坝水位侧面和垂直面渗透系数的分析，来决定通过路堤渗水的质量。这项研究包括此次调查的结果，可以深入到河坝水利特点来判定水的渗漏量或者其它的渗水渠道。3. 水文特性3.1 库水位和漏水到1995年7月底，库水位升到136米，而在12月底降到了129米（数据没有显示）。1996年临近6月底的时候，库水位在15天（HECI, 2000）的时间涨到了142米，并且在6月到8月期间达到了峰值， 而在12月底时又降到了147米。1998年1月，库水位又开始上涨，到3月底达到了正常状态下的最大值150米（Fig. 4）.图4.1998年3月到2003年一月的系列水位，渗漏量，站点
8、降水1999年10月到2000年7月，库水位发生了明显的下降，从150米降到124.5米。2000年9月，库水位升到了147.3米以上，但到了2001年6月逐渐降到了132.9米。2001年6月后期，水位又升到144.8米并且在133.3米到140米之间波动，直到2002年才停止。2002年8月，由于大暴雨，库水位骤然升到了150米（Lee and Lee，2000）。1994年水库填充开始后，大坝就发生了渗漏和排水问题。为了在雨季到来之前恢复水库挡水性的完整，韩国水资源集团竭尽全力实施并且完成适当的补救措施。为了防止水渗漏，该集团还施行了一个密集灌浆计划。大坝一竣工，韩国水资源集团就将大坝下
9、游的渗漏测量系统投入使用。即使第一次水库填充后流失的水量很少，但随着时间的推移，流失的水越来越多。由于频繁打开原本用细泥沙填充的通道，水量流失严重，水库也因此损失惨重（Romanov et al.， 2003）。即使在1997年6月至8月水位上升到正常水平，但是在1997年12月之前，除了排水口之外并没有发生其他明显的渗漏现象。据报道，1997年12月安装渗漏测量水流计时在下流发现了大量的水。1998年3月开始记录的第一批渗漏数据表明，当水位升到正常最大值150米时渗漏量大约是每天2000立方米。1998年中期，当水位达到150米时，大坝以及周边地区总的渗漏量超过每天5200立方米。近期有关渗
10、漏量的研究表明，到2000年夏天渗漏量将会下降到每天200立方米，并在非雨季保持相对不变。大坝是由灌浆的火成岩建造而成，因此只能承受最少的渗漏量。然而，2002年6月的大暴雨之后，渗漏量又有增加的趋势。不出所料，渗漏量与库水位有着非常密切的关系。（Fig. 5）。库水位和渗漏量之间的关系可以用二次多项式来解释。图5. 水库水位和渗漏流量之间的关系在雨季，大雨导致了水位的快速上升，并进一步导致了渗漏量的增加。在韩国，百分之六十的降雨一般都发生在短期内（6月到8月），这是东亚季风气候的特点（Lee and Lee，2000）。韩国水资源集团把每天400立方米作为大坝的渗漏标准，但是尽管2001年到
11、2002年进行了灌浆工程，从2002年6月开始渗漏量仍然超过700-800立方米/天。根据1998年到2003年得库水位与渗漏关系图可以看出，当水位大约在145米时渗漏量保持在1500立方米/天。然而，当水位高于145米时，渗漏量也会相应增加。由于截水墙并不能完全延伸到左坝，所以人们担心一部分渗漏的水可能会绕开渗漏测量系统，该测量系统修建在大坝下游坝址，是由一个带有V型缺口的截水墙组成。 (见图1b)。然而， 截水墙的底部降到了基岩下方一米，地平面以及岩石面向左升高。大部分从截水墙左方渗漏的水都会沿着岩石并朝着截水墙的方向流走。这就意味着，绕过截水墙渗漏的水将会少于总渗漏量的百分之十。大坝的底
12、部也用一些常规方法进行了处理，这些方法包括挖掘，清理，定期加固，帷幕灌浆，灌浆，用混凝土处理剪碎带和裂缝（韩国水资源集团，1997）。因此，人们认为大部分的水都是从堤岸渗漏但是底部没有大量的渗水现象。3.2 渗透系数大坝材料尤其是粘土心墙的渗透系数是影响堤岸渗漏以及大坝稳定性的重要参数。最初大家就知道，大坝内部的渗透系数显示出宽范围内的纵向和横向的地理位置以及粘土心墙和过滤地带的位置，分别为107到 105厘米/ 秒，105 到103厘米/秒（韩国水资源集团;韩国岭南大学和Daebon工程有限公司，2001）。在这次研究中，研究人员在坝顶的9个钻井上进行149次渗漏系数测试以便重新评估大坝材料
13、的原始渗透系数，这些测验包括S6+00,S1+13.6, S1+17.0, S11+19.0, S17+3.5, S9+10, S10+10, S11+10和S12+10（见图表1b）。研究人员根据检测结果推断出渗透系数在4.35108到1.42104厘米/秒。从几何学的角度来看是3.13106厘米/秒（表格2），此次得到的数据显示出的分布比较分散。 在S6+00和S1+13.6测试中，当深度分别为22.5到24米和15到16.5米时，渗透系数分别高达1.02104和1.01104厘米/秒。（图表6）但是，在S1+17.0和S11+19.0测试中，渗透系数相对较低，为1.50105厘米/秒。除
14、此之外，在这些地方并没有发现明显的垂直变化。在S17+3.5测试中，渗透系数高达1.42104厘米/秒（几何数据位1.34105厘米/秒）并且发现了严重的垂直非均质性。离测试点最近的地区成为了最有可能发生明显渗透的区域。表2. 水力传导性评价总结在S9 +1 0, S11+ 10和 S1 2 +1 0中， 渗透系数非常低，按几何方法计算为4.9106厘米/秒，并且这些地方的垂直变化也非常小。2000年6月到8月，为了补救第三个排水口，这些区域曾经被大量灌浆。但是效果却不怎么明显，因为在S10+10附近渗透系数仍然很高，这就意味着载大坝中部很可能会发生严重的渗透现象。总的来说，渗透系数和大坝核心
15、材质的深度并无直接联系。然而， 对于不透水的坝心墙来说预计的渗透系数要比在渗透系数常数大很多，该系数为2. 45109厘米/秒到8.10108厘米/秒.高的渗透系数可能与站点附近粘土心墙中通道的腐蚀有关，该地方与排水沟扩大的地方重合。最近，研究人员将S17+3.5附近高渗透系数的地带也列入考察范围。因此，为了降低大坝核心材料的渗透系数和渗漏量，研究人员最好用胶质水泥注射心板。以达到加固的效果。3.3 水位大坝内部以及周边的水位分布是判定大坝稳定性以及渗漏问题的关键因素，因为非正常的水头可能会引导水流流向狭窄的通道或断裂面，并且这种现象会因为腐蚀而严重。通常，如果坝堤内水位上升那么渗漏就是增多，
16、因此，人们通常根据高水位来预测渗漏问题，防止问题的进一步严重。高速的水流会导致坝堤逐渐腐蚀并变尖。因此，最好在坝顶和趾堤安装压力计或者地下水监测井，这样就可以评估浅层地下水面的出现并且比较大坝的压力分布。表6.某些钻井位置的渗透率垂直分布 水位数据是由日常测量数据组成，这些数据是从2002年8月30日到2003年1月31，11个被选观察点收集的。有些只进行了短期的观察。所有的水位都在107.53到142.78米的范围内。2002年8月31日暴雨期间，库水位增到了4.94米，这导致了坝顶和坝趾水井内的水位不同比例升高。坝顶水井内的水位，#21-24表明暴雨在一定程度上导致了水位的升高。正如人们所预料的， 坝趾水井内的地下水位#19-20表明水位增加并不明显。除了暴雨期间，所有地下水位以及库水位都同时下降。为了估算河堤内外的水位
