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摘 要：土石坝在我国的水利工程建设中较为常见，其随着应用时间的增加以及各种因素的影响，也会使得其出现病险问题，而其中最严重的就是渗流问题，本文主要就病险土石坝加固前后的渗流进行了详细的分析，并得出相应的坝坡稳定分析方法，以期能够达到稳固土石坝的目的。希望通过本文的探究，能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。
关键词：土石坝；病险加固；渗流；坝坡稳定；分析方法
土石坝是水利工程中一种常见的坝体建筑物，土石坝所具有的应用优势较为突出，因此在目前依然得到了极为广泛的应用，但是土石坝在长期的应用中，也会出现渗流的问题，针对这一问题进行解决的时候，就要采取有效的措施对土石坝进行加固处理，充分的分析病险土石坝加固前后的渗流情况以及坝坡的稳定性，通过分析来确定病险土石坝的加固维护效果，从而使得土石坝可以更加的稳固和安全。
一、工程概况
某水库属于小型水库，该水库建设在城镇的周边区域，该水库的大坝采用的是土石坝修建，其坝身的高度在16.23m。该土石坝的坝体土以及坝基的渗透系数分别为1.80×10-5cm/s、3.8×10-5cm/s。该水库的建设时间比较早，其运行的时间已经达到了20年以上，在长时间的运行过程中，其受到各种因素的影响，而使得其土石坝出现了严重的问题，而且由于建设时间较早，无论是在设计方面还是在施工方面本身就存在一定的问题。
另外，在建设初期阶段，由于我国国情的限制，建设投入的资金较少，在建设上以及管理上都做得不到位，无法满足质量的标准要求，因此，该水库工程中存在严重质量隐患和安全隐患。其主坝的外坡的左侧位置上，高程在80.5m以上的位置处，水体浸湿的情况较为严重，而且其中还有几处地方出现了严重的渗水问题，渗水水体较为浑浊，水体中带有一定的细粉粒，这种渗漏并不是正常情况下的出现的渗漏，而且在土石坝外坡的右侧位置上，还有部分位置出现了浸湿的情况。在主坝的左右两侧的岸边，坝肩与坝坡脚接触的地方，也存在渗水的问题，而且渗水量为0.05-0.09L/S。就这一情况来说，需要相关的维护人员能够对土石坝进行灌浆加固处理，以保障土石坝的正常应用。
二、病险土石坝的计算工况和计算结果
2.1病险土石坝的计算工况
就该水库来看，该水库中的水位值原先在800.20m，而在出现渗漏问题后，其水位降到了死水水位的高度789.30m，而且水位降低所消耗的时间在15-30d之间，通过计算可以了解到，水库中水位的降低平均速度为V=0.54m/d，从计算的结果可以看出，该水库的水位下降类型属于缓慢下降的类型，在该水库的上游坝坡位置上，渗流并不稳定，在这一情况下，针对渗流进行计算的时候，可以根据不同的工况来对渗流量进行系统的计算。而具体的工况类型主要包括以下几种：
工况1：在上游的水位高度处于正常值800.20m的情况；工况2：上游位置处，洪水水位设置在798.20m的条件下；工况3：上游位置处校验的洪水水位在789.80m的条件下；工况4：在上游的水库中，水位的位置从原本的789.20m降到设定的死水水位780.30m位置，出现渗流的情况；工况5：在出现渗流后，上游水库中的水位由原先的800.20m下降到死水水位792.30m的情况下；工况6：在上游水库中的水位由原先的800.30m水位高度降低至798.20m后，在持续下降到死水水位792.50m的高度位置情况下。其中工况4、5以及6出现的水位下降情况都是由渗流所引发的，而该渗流类型属于非稳定的渗流类型。
2.2病险土石坝的计算结果
根据上述的工况来进行分析，并结合坝体上出现的浸湿情况以及浸润线的布置位置，来进行渗透坡降的具体情况，计算的结果为J=（Gs-1）（1-n）=0.96，允许的渗透坡降[J]=0.48，工况1到工况6的渗透坡降计算值均小于规范所得的允许值。
三、病险土石坝加固前的渗流与坝坡稳定分析
鉴于该水库是人工打夯碾压土坝，技术含量低，使上坝土料含水量控制不严、土质较差、压实不均匀，导致坝体质量较差。现场踏勘表明，下游坝坡在桩号0+049、高程794.08m处、桩号0+063、高程795.84m处、桩号0+067、高程795.00m处存在三个集中漏水点，总渗漏量达到0.6L/s；下游坝坡在桩号0+016—0+052、高程792.12—788.17m范围内存在散浸现象，渗漏量达0.4L/s。现场钻孔注水试验资料表明：坝体土的渗透系数K=7.1×10-5—2.4×10-4，属弱-中等透水层。综上所述，建议进行防渗处理。坝基和坝肩属弱透水层，可不进行防渗处理。
四、病险土石坝加固后的渗流与坝坡稳定性分析
为了能够更加精确的对土石坝的渗流与坝坡稳定进行分析，以进一步确保坝体加固工程的施工质量，保证修复后的土石坝能够达到技术要求的基本性能，我们对加固后的土石坝再次进行了稳定分析。本次工程中，我们主要采取了极限平衡法与有限单元法的分析方法，其具体的分析内容如下所示：
4.1极限平衡法
稳定分析的目的在于确定潜在破坏面的安全系数，安全系数的定义为抗滑力和滑动力之比。极限平衡法将滑动土体分成若干土条，每个土条和整个滑动土体都要满足力和力矩平衡条件。在静力平衡方程组中，未知数的数目超过了方程式的数目，解决这一静不定问题的办法是对多余未知数作假定，使剩下的未知数和方程数目相等，从而解出安全系数的值。在本工程中，对土石坝修复加固后的边坡进行了极限平衡法的分析，分析结果显示坝坡的滑动安全系数值相对较高，符合有关规定的参数要求。
4.2有限单元法
有限单元法在有关边坡、坝体的抗滑稳定分析中应用得最早、也最为广泛，它的优点是考虑边坡岩土体的各向异性和不连续性，它可以给出岩土体的应力应变大小、分布规律、变化趋势，以及屈服贯通区域等，克服了刚体极限平衡分析法假定条件较多的缺点，计算过程严密、计算结果精确，能从应力应变关系去分析边坡、坝体的失稳破坏机理，从而得出最容易发生变形破坏和首先需要采取加固措施的部位等。有限单元法也存在自身的缺陷，如求解大变形、位移不连续等问题，对于无限域、应力集中等问题的求解也不甚理想。
所有渗流区域内的节点的水头函数值就近似地代表了整体的水头函数。这样的求解过程实质上就是把原来用微分方程求解变换为若干个待定值的代数方程。一经求出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，进而得到整个求解域上场函数的近似值。显然随着单元数目的增加，解的近似程度将不断改进，只要单元满足收敛要求。因而采用有限单元法能够更加精准的确定大坝的稳定性。
五、结语
通过上述分析我们可以看出，在该水库的土石坝运行中，防渗墙的墙体发生了较大的病害，加大了坝体的渗流作用。在经过详细的分析后，我们得出了土石坝渗流场变化的状况以及边坡可能出现滑坡危险的形成机理，从而制定了最佳的土石坝加固方案，并在加固后对土石坝稳定性再次进行分析，所得分析结果显示，土石坝已经基本恢复正常运行，稳定性较为良好。
参考文献
[1] 王文久，金基君.某水库坝体渗流评价及处理措施[J].吉林水利.2011（11）
[2] 李新强，杨健，陈祖煜.渗流与抗滑桩的抗滑稳定性分析[J].水文地质工程地质.2014（03）
[3]孔伟，小型土石坝防渗加固前后渗流及稳定分析[J]；《长沙理工大学》 2010。
[4]文久，金基君。某水库坝体渗流评价及处理措施[J]。《吉林水利》 2011年11期
关键词：土石坝；病险加固；渗流；坝坡稳定；分析方法
土石坝是水利工程中一种常见的坝体建筑物，土石坝所具有的应用优势较为突出，因此在目前依然得到了极为广泛的应用，但是土石坝在长期的应用中，也会出现渗流的问题，针对这一问题进行解决的时候，就要采取有效的措施对土石坝进行加固处理，充分的分析病险土石坝加固前后的渗流情况以及坝坡的稳定性，通过分析来确定病险土石坝的加固维护效果，从而使得土石坝可以更加的稳固和安全。
一、工程概况
某水库属于小型水库，该水库建设在城镇的周边区域，该水库的大坝采用的是土石坝修建，其坝身的高度在16.23m。该土石坝的坝体土以及坝基的渗透系数分别为1.80×10-5cm/s、3.8×10-5cm/s。该水库的建设时间比较早，其运行的时间已经达到了20年以上，在长时间的运行过程中，其受到各种因素的影响，而使得其土石坝出现了严重的问题，而且由于建设时间较早，无论是在设计方面还是在施工方面本身就存在一定的问题。
另外，在建设初期阶段，由于我国国情的限制，建设投入的资金较少，在建设上以及管理上都做得不到位，无法满足质量的标准要求，因此，该水库工程中存在严重质量隐患和安全隐患。其主坝的外坡的左侧位置上，高程在80.5m以上的位置处，水体浸湿的情况较为严重，而且其中还有几处地方出现了严重的渗水问题，渗水水体较为浑浊，水体中带有一定的细粉粒，这种渗漏并不是正常情况下的出现的渗漏，而且在土石坝外坡的右侧位置上，还有部分位置出现了浸湿的情况。在主坝的左右两侧的岸边，坝肩与坝坡脚接触的地方，也存在渗水的问题，而且渗水量为0.05-0.09L/S。就这一情况来说，需要相关的维护人员能够对土石坝进行灌浆加固处理，以保障土石坝的正常应用。
二、病险土石坝的计算工况和计算结果
2.1病险土石坝的计算工况
就该水库来看，该水库中的水位值原先在800.20m，而在出现渗漏问题后，其水位降到了死水水位的高度789.30m，而且水位降低所消耗的时间在15-30d之间，通过计算可以了解到，水库中水位的降低平均速度为V=0.54m/d，从计算的结果可以看出，该水库的水位下降类型属于缓慢下降的类型，在该水库的上游坝坡位置上，渗流并不稳定，在这一情况下，针对渗流进行计算的时候，可以根据不同的工况来对渗流量进行系统的计算。而具体的工况类型主要包括以下几种：
工况1：在上游的水位高度处于正常值800.20m的情况；工况2：上游位置处，洪水水位设置在798.20m的条件下；工况3：上游位置处校验的洪水水位在789.80m的条件下；工况4：在上游的水库中，水位的位置从原本的789.20m降到设定的死水水位780.30m位置，出现渗流的情况；工况5：在出现渗流后，上游水库中的水位由原先的800.20m下降到死水水位792.30m的情况下；工况6：在上游水库中的水位由原先的800.30m水位高度降低至798.20m后，在持续下降到死水水位792.50m的高度位置情况下。其中工况4、5以及6出现的水位下降情况都是由渗流所引发的，而该渗流类型属于非稳定的渗流类型。
2.2病险土石坝的计算结果
根据上述的工况来进行分析，并结合坝体上出现的浸湿情况以及浸润线的布置位置，来进行渗透坡降的具体情况，计算的结果为J=（Gs-1）（1-n）=0.96，允许的渗透坡降[J]=0.48，工况1到工况6的渗透坡降计算值均小于规范所得的允许值。
三、病险土石坝加固前的渗流与坝坡稳定分析
鉴于该水库是人工打夯碾压土坝，技术含量低，使上坝土料含水量控制不严、土质较差、压实不均匀，导致坝体质量较差。现场踏勘表明，下游坝坡在桩号0+049、高程794.08m处、桩号0+063、高程795.84m处、桩号0+067、高程795.00m处存在三个集中漏水点，总渗漏量达到0.6L/s；下游坝坡在桩号0+016—0+052、高程792.12—788.17m范围内存在散浸现象，渗漏量达0.4L/s。现场钻孔注水试验资料表明：坝体土的渗透系数K=7.1×10-5—2.4×10-4，属弱-中等透水层。综上所述，建议进行防渗处理。坝基和坝肩属弱透水层，可不进行防渗处理。
四、病险土石坝加固后的渗流与坝坡稳定性分析
为了能够更加精确的对土石坝的渗流与坝坡稳定进行分析，以进一步确保坝体加固工程的施工质量，保证修复后的土石坝能够达到技术要求的基本性能，我们对加固后的土石坝再次进行了稳定分析。本次工程中，我们主要采取了极限平衡法与有限单元法的分析方法，其具体的分析内容如下所示：
4.1极限平衡法
稳定分析的目的在于确定潜在破坏面的安全系数，安全系数的定义为抗滑力和滑动力之比。极限平衡法将滑动土体分成若干土条，每个土条和整个滑动土体都要满足力和力矩平衡条件。在静力平衡方程组中，未知数的数目超过了方程式的数目，解决这一静不定问题的办法是对多余未知数作假定，使剩下的未知数和方程数目相等，从而解出安全系数的值。在本工程中，对土石坝修复加固后的边坡进行了极限平衡法的分析，分析结果显示坝坡的滑动安全系数值相对较高，符合有关规定的参数要求。
4.2有限单元法
有限单元法在有关边坡、坝体的抗滑稳定分析中应用得最早、也最为广泛，它的优点是考虑边坡岩土体的各向异性和不连续性，它可以给出岩土体的应力应变大小、分布规律、变化趋势，以及屈服贯通区域等，克服了刚体极限平衡分析法假定条件较多的缺点，计算过程严密、计算结果精确，能从应力应变关系去分析边坡、坝体的失稳破坏机理，从而得出最容易发生变形破坏和首先需要采取加固措施的部位等。有限单元法也存在自身的缺陷，如求解大变形、位移不连续等问题，对于无限域、应力集中等问题的求解也不甚理想。
所有渗流区域内的节点的水头函数值就近似地代表了整体的水头函数。这样的求解过程实质上就是把原来用微分方程求解变换为若干个待定值的代数方程。一经求出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，进而得到整个求解域上场函数的近似值。显然随着单元数目的增加，解的近似程度将不断改进，只要单元满足收敛要求。因而采用有限单元法能够更加精准的确定大坝的稳定性。
五、结语
通过上述分析我们可以看出，在该水库的土石坝运行中，防渗墙的墙体发生了较大的病害，加大了坝体的渗流作用。在经过详细的分析后，我们得出了土石坝渗流场变化的状况以及边坡可能出现滑坡危险的形成机理，从而制定了最佳的土石坝加固方案，并在加固后对土石坝稳定性再次进行分析，所得分析结果显示，土石坝已经基本恢复正常运行，稳定性较为良好。
参考文献
[1] 王文久，金基君.某水库坝体渗流评价及处理措施[J].吉林水利.2011（11）
[2] 李新强，杨健，陈祖煜.渗流与抗滑桩的抗滑稳定性分析[J].水文地质工程地质.2014（03）
[3]孔伟，小型土石坝防渗加固前后渗流及稳定分析[J]；《长沙理工大学》 2010。
[4]文久，金基君。某水库坝体渗流评价及处理措施[J]。《吉林水利》 2011年11期