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库盘大面积土工膜防渗体的渗漏估算-常见问题

* 来源: * 作者: admin * 发表时间: 2018-06-08 11:03:00 * 浏览: 27

进年来,已有许多水库大坝采用了土工膜进行防渗,尤其是库区坡度较缓的平原水库或丘陵,甚至采用了全库盘或部分库盘土工膜防渗,对于大面积或全库盘使用土工膜防渗的水库,大量学者都对其进行了研究,从铺盖和透水地基界面的接触冲刷概念出发,研究复合土工膜用作斜墙铺盖防渗,导出了极限铺盖长度和渗流的计算公式,通过实验确定土工膜的渗透特性,计算了土工膜防渗层的渗流量,分析了各相关因素对渗流量的影响,同时利用达西定律、水流连续条件和Besel函数推导了土工膜复合防渗层的渗漏量的计算公式,得出了土工膜复合防渗层渗流量的解释。对于大面积土工膜防渗体渗透特性的分析,无法采用传统的分析地层渗透性的方法,而传统的实验方法也无法模拟大面积土工膜防渗体的渗透特性,国内外在这一方面的研究均很少,土工膜有极强的防渗性能,渗透系数很小,是较好的防渗材料;但土工膜是柔性的,在施工及运行中容易产生破损和孔洞,这些破损孔洞会成为库区渗漏的主要通道,因此分析库盘土工膜防渗体的渗透特性时,考虑施工及运行中所造成的破损孔洞对其渗透性的影响显得尤为重要,从水量平衡角度,采用达西定律对库盘大面积土工膜防渗体的渗透特性进行研究,分析库盘大面积土工膜防渗体产生的破损孔洞对土工膜渗透特性的影响,计算大面积土工膜防渗体的渗透量和渗透系数,从整体上得出大面积土工膜防渗体渗透特性的分析方法。

水库库盘土工膜防渗结构通常由5个部分构成:防护层、上垫层、土工膜、下垫层和支持层,其中土工膜是防渗结构的主体,因此,土工膜的完整性关系到整个库盘的防渗效果,土工膜属于非空隙介质,目前对土工膜的水力梯度作用下的渗透机理尚未完全认识清楚,为了便于空隙介质比较,仍采用达西定律来描述在水力梯度作用下液体通过土工膜的渗透规律,并从水量平衡分析的角度研究土工膜防渗体的渗透特性。

新疆胜利水库是一座坝体、坝基及全库盘土工膜防渗的注入式丘陵水库,最大坝高18.1m,主坝长1875m,坝顶宽度为5m,库区最大水深为21m,库容为2.0×107m, ,工程位于新疆和田策勒县恰哈乡境内,地处策勒河与恰哈河中游之间的丘陵区,该地属于温带干旱性荒漠气候,日照时间长,干旱少雨,年均降水量只有35mm,年蒸发量在2400mm以上。

由于库盘中部低凹部分覆有约2m的冲洪积粉质壤土,渗透系数为2.17×10-5cm/s;其余复均由含砾粗砂和砂砾石构成,渗透系数为5.41×10-3~1.16×10-2cm/s.下部为半胶结的砂砾石层,但胶结性差且不连续库区渗漏是该水库的主要地质问题,但自采用坝体、坝基及全库盘土工膜防渗以来,库区渗漏问题得到了基本解决。

胜利水库库盘采用0.5mm的聚乙烯光面土工膜及200g/0.5mm/200g规格的的复合土工膜进行全库盘防渗,库盘防渗膜铺设面积达3.853×106 ㎡,复合土工膜铺设面积为2.64×105㎡,胜利水库全库盘土工膜铺设面积居国内外同类型工程之首,经详细调查,胜利水库自第一次蓄水以来土工膜的运行情况为:聚乙烯光面土工膜出现孔洞1 155出,复合土工膜出现孔洞84处,这些孔洞的出现,一部分是在施工中产生的,未及时发现修补,从而形成了渗漏的通道;还有一部分是因为上垫层中存在棱角尖锐的土体,在水压作用下,刺穿土工膜形成孔洞,从而形成了渗漏通道,为比较库盘土工膜防渗体渗透特性影响的基础上,计算不同时期库盘土工膜防渗体的渗透量何渗透系数,进而从整体上比较土工膜防渗体的渗透规律,库区蒸发水量的大小与库区水面蒸发量和平均水面面积的大小有关,库区各年逐月平均水面面积的计算方法是:用实测的同一来水量各断面的水宽和断面间距,采用梯形面积公式求出个断面的水面面积,累加得出该水量级实测的库区水面面积,并建立水量与水面面积的关系曲线,再根据历年逐月平均流量插补求得历年逐月和全年的水面面积,计算出库区逐年平均水面面积后,即可计算水库库面蒸发水量。

胜利水库是一座坝体、坝基及全库盘土工膜防渗的丘陵水库,这里计算出的渗透量,也即土工膜防渗体的渗透量;由于胜利水库采用了光面土工膜和复合土工膜进行防渗,所以计算出的渗透量是2种土工膜的总渗透量,文中根据土工膜铺设面积和出现破碎孔洞的百分比,将总渗透量乘以该百分比,即可分别得出光面土工膜和复合土工膜的渗透量。

在铺设土工膜之前,库区的渗透系数为2.17×10-5~1.16×10-2cm/s.在蓄水的第一年(2003年),土工膜防渗体的渗透系数在1×10-9~1×10-8cm/s之间,说明土工膜防渗体在水压力梯度作用下具有较好的渗透性;经过1年的运行,在2004年其渗透量和渗透系数都有所增大,这是由于土工膜防渗体在水压力作用下产生了漏水的孔洞,增大了土工膜防渗体的渗透量;2004年以后,在对土工膜防渗体进行检查及修补以后,土工膜防渗体的渗透量和渗透系数有所减小,因而相当未铺设土工膜防渗体,库区渗漏问题得到了明显改善。

需要说明的是,土工膜渗透量和渗透系数是在宏观考虑了施工中和水库运行时产生是破损孔洞影响而得出的计算结果,采用的是逐年平均水深,因此,该方法只能从宏观整体方面评价土工膜防渗体的渗透性。

1. 库盘大面积土工膜防渗体的渗透特性分析,无法用传统的分析土层渗透特性的方法来解决,本文从水量平衡角度对大面积土工膜防渗体的渗透特性进行了分析。

2.通过对胜利水库库盘土工膜防渗体渗透特性的分析,得出蓄水初期(2003年)土工膜防渗体的渗透系数是比较小的,一般量级在10-9~1~10-8cm/s,经过一段时间的运行后,土工膜防渗体的渗透系数有所增大,而后逐渐稳定,相比未铺设土工膜防渗体,库区渗透特性得到了明显的改善。

3.完整无损土工膜的渗透系数量级在10-13~10-12cm/s,考虑了土工膜破损孔洞对其渗透性的影响后,其渗透系数量大至10-8~10-7cm/s,这是由于土工膜在施工和使用中所产生的破损孔洞加大了土工膜的渗透量,因此,在施工中要注意对土工膜的保护,在水库维修期间,要对土工膜防渗体进行检修。