土石坝防渗墙缺陷对渗流稳定性的影响

王永华

（聊城市东昌府区水利局，山东 聊城 252000）

目前，混凝土防渗墙施工工艺已比较成熟，但防渗墙墙体易出现施工缺陷，例如墙体不密实、墙段接头成缝、墙体有空洞等现象，这些缺陷可能对原设计的防渗效果造成严重影响[1-2]。本文利用有限元SEEP/W软件，对不设置防渗墙和有防渗墙缺陷的坝体进行渗流分析。

1 模型的建立及模型参数

以均质土石坝小型水库为例，土石坝在多年的运行后，由于坝体出现渗漏，土石坝的下游坡段出现了大面积的坍塌，通过综合分析，需要对土石坝进行防渗加固，降低坝体的浸润线。表1为坝坡相关的物理力学参数。

表1 坝体相关物理力学参数

利用SEEP/W软件，对设置防渗墙前后的坝体进行渗流和稳定性分析。

2 防渗墙设置前坝体有限元

选取主坝中心断面进行渗流分析，并在该断面安装测压管，分析设置防渗墙前后坝体的水头变化，在该断面共安装了4个测压管，设置防渗墙前上游水头为5.5m，对自由水面和上游水头均未设定，利用测压管监测下游边界的水头，图1为计算得到的主坝中心断面处总水头曲线，图2为计算得到的设置防渗墙前坝坡下游侧的总水头曲线。图3为设置防渗墙前坝体各部分的渗流量。

图1 断面处总水头曲线

图2 设置防渗墙前下游总水头曲线

图3 设置防渗墙前坝体各部分的渗流量

根据渗流理论中水头计算公式，从图2和图3中可以得到从上游到下游，未设置防渗墙前压力水头为1.0～5.5m，符合实际情况。从图3可以看出，墙身的渗流量几乎占了总渗流量的90%，这是由于粉砂层的渗透系数远远大于其余土层的渗透系数，在该土石坝防渗加固中，应着重考虑对粉砂层进行处理。

3 防渗墙缺陷对土石坝渗流的影响

对原坝体进行防渗加固处理，拟采用高压喷射灌浆来设置防渗墙，高压喷射灌浆是通过其高压力作用，对地层进行搅拌和切割，然后灌入水泥砂浆，使水泥砂浆与原土体混合，以此来提高原土体的固结性，降低原土体的渗透性。

原坝体的填筑土层有4层，假设每个土层均有一个孔洞，直径0.5m，利用测压管监测防渗墙出现这些孔洞时下游侧的水头曲线。图4为防渗墙出现缺陷时坝体下游侧的水头曲线。

从图4中的分析结果可知，当防渗墙中出现缺陷时，由于粉砂层的渗透系数最大，土层③的水头下降幅度最大，黏土的渗透系数较低，土层①的水头下降幅度最小。

图4 防渗墙出现缺陷时坝体下游侧的水头曲线

由于粉砂层的渗透系数最大，在土石坝防渗加固处理时，应着重对粉砂层进行处理，图5为防渗墙出现缺陷时不同土层的渗流量，图6为设置防渗墙后粉砂层出现缺陷时与未设置防渗墙时坝体渗流量对比结果，图7为设置防渗墙后粉砂层存在缺陷时的自由面和等势线，图8为设置防渗墙后粉砂层存在缺陷时的坝体渗流分析。

图5 防渗墙出现缺陷时不同土层的渗流量对比

图6 无防渗墙时与防渗墙粉砂层有缺陷时坝体渗流量对比

从上述分析结果可知，防渗墙出现缺陷时对坝体防渗效果影响较大，设置防渗墙后，如果墙体出现缺陷，坝体的渗流路径发生改变，渗流路径将会变短，渗流量增大，岩层的渗透系数越大，防渗墙缺陷对坝体渗流的影响越大。

图7 防渗墙粉砂层存在缺陷时的自由面和等势线

图8 防渗墙粉砂层存在缺陷时坝体渗流情况

从图6中可以看出，设置防渗墙后，当粉砂层存在缺陷时，其渗流量与未设置防渗墙时的渗流量相比，防渗效果极其差，几乎失去了设置防渗墙的意义。

从图7和图8中可以看出，当防渗墙粉砂层存在缺陷时，在缺陷处，等势线发生突变，渗流路径发生改变，防渗加固效果会明显减弱。

在实际工程中，应改善施工工艺，防止防渗墙出现缺陷，进而对土石坝的防渗效果造成影响。