水利工程中土石坝渗透变形的成因及防治
土体渗透变形对堤坝工程的危害和防治措施研究
土体渗透变形对堤坝工程的危害和防治措施研究摘要：堤坝工程因土的渗透变形而产生的结构破坏时常发生，本文通过介绍土体渗透变形的类型和形成机理，结合国内外因渗透破坏产生的事故，分析了土体渗透变形的控制措施，对工程设计及运行管理有一定的借鉴意义。
关键词：土体渗透变形；危害；防治措施Abstract: the frequent failure due to dam engineering soil seepage deformation and structure, this paper introduces the seepage deformation of soil types and formation mechanism, combined with the domestic and external seepage failure generated by accident, analyzes the control measures of seepage deformation of soil, have certain reference significance to the engineering design and operation management.Keywords: penetration of soil deformation; harm; prevention measures1、土体渗透变形发生机理及类型1.1土体渗透变形发生机理土体在水力压差的作用下发生渗流现象，渗透力迫使土颗粒发生位移从而出现渗透变形。
通常，可以从两个方面分析渗透变形发生的原因，土本身结构构成是渗透变形的内部因素，它决定了渗透变形以何种形式发生；水力条件是重要的外部因素，渗透变形能否发生主要取决于它。
水进入颗粒间的孔隙后土体内产生了静水压力，它直接减轻了土的有效重量，降低了自身抵御破坏的能力，当饱和的土体内有水力压差时，孔隙水开始流动，同时带动土颗粒沿渗流方向移动，形成渗透变形。
土的渗透变形和防治措施.
渗透变形类型： 流土、管涌、接触流土、接触冲刷
单一土层渗透破坏 基本类型 管涌 流土 形成条件
防治措施
1. 流土
在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发 生悬浮、移动的现象
坝体 粘性土k1<<k2 渗流 砂性土k2
流土原因：i icr
icr = /w =(Gs-1)/(1+e), 与土的物理性质有关
P(%) 粒径级配 累积曲线
几何条件：
孔隙直径大于细颗粒直径 不均匀土(Cu>10)
骨架、充填料
p
1. 不连续土 2. 级配连续土 D0=0.25d20
5 3
d5 d3 骨架 充填料lgd
3.流土与管涌的比较
流土
现象 土体局部范围的颗粒同 时发生移动 只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大，可发生 在任何土中 破坏过程短
§2.3
2. 流土形成条件
i < icr :
i > icr :
渗透力与渗透变形
土体处于稳定状态
向上渗流 表层土体
icr = /w
土体发生流土破坏
土体处于临界状态
i = icr :
= (Gs-1)/(1+e)
设计要求：
i cr i i Fs
[ i ] : 允许坡降 Fs: 安全系数1.5～2珠海祖国广场
渗透破坏工程事故：边坡失稳
西藏易贡巨型高速滑坡
时间：2000年4月9日 规模：坡高3330 m 天然坝：坝高= 290 m
原因： 降雨引起风化残积土失稳
土的渗透变形和防治措施
一、 渗透变形（渗透破坏）
土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏
水利工程施工中堤坝渗漏原因以及防渗加固技术
水利工程施工中堤坝渗漏原因以及防渗加固技术堤坝渗漏是指堤坝工程中水从土体中或土体与结构之间渗透透漏出来的现象。
主要原因有以下几个方面：1.土体渗透性差：土体的渗透性是决定渗漏的重要因素，土体渗透性差会导致水分长时间逗留在土体中难以排出，造成渗漏现象。
2.土质材料及压实质量不合理：土质材料如过于细砂、黏土等渗透性较差，容易引发渗漏；而压实质量不合理会导致土体内部存在空隙或松散部分，从而使水分易于渗透。
3.土体缺陷：土体中存在的裂缝、夹层、孔洞等缺陷会导致水分穿透性增强，从而引发渗漏。
4.洞渗现象：底板、坝体、坝坡等结构的渗漏裂缝、开洞以及管渠等渗漏点，会使水沿渗漏通道渗透出来。
在水利工程施工中，采取以下防渗加固技术对抗堤坝渗漏问题：1.水泥砂浆灌注：针对较小的渗漏点或裂缝，可采用水泥砂浆灌注的方式进行防渗加固。
将水泥砂浆灌注至渗漏点或裂缝的位置，使其堵塞漏点，提高固结性能。
2.排水抽水：在堤坝基础周边或底板附近设置抽水井，通过抽水将地下水位降低，减少水压，降低堤坝渗漏的发生概率。
3.降水孔网设施：在堤坝中设置降水孔网设施，以减少土体内的孔隙水含量，降低堤坝渗漏风险。
4.加固层的施工：在堤坝工程中，早期加固层施工可有效提高土体抗渗漏性能。
常用的加固层材料包括防渗膜、合成土工膜、水泥浆、透水混凝土等。
5.土体改良：应用土壤改良技术，改善土体的物理化学性质，以提高渗透性能。
常用的土体改良方法有土壤振动加固、土体碾压加固、静压注浆等。
6.设计合理的渗漏控制系统：在设计阶段充分考虑堤坝渗漏问题，合理布置渗漏控制系统，减少渗漏风险。
总之，针对堤坝渗漏问题，可以通过合理选择材料、控制施工工艺，加强堤坝结构的密实性和抗渗性能，采取适当的防渗加固技术，以确保水利工程的安全和稳定运行。
土石坝防渗变形的处理措施
土石坝防渗变形的处理措施摘要：对于水利工程项目而言，土石坝是在利用当地土石原料的基础上，对其做进一步的抛填与碾压堆筑等处理而成的。
其优势主要体现在：结构简单、原料可就近获取、施工简便、造价低廉，对于施工建设区域的水文与地质条件等要求较低。
而土石坝也有一个较大的缺陷，就是比较容易产生渗漏，一旦发生渗漏现象，如果不及时采取合理有效的处理措施，则会对人们的生命财产安全构成严重威胁。
关键词：土石坝；防渗变形；处理措施1土石坝渗流问题分析土石坝渗漏有各种情况，所以在研究土石坝渗漏问题时对于各个工程不同的情况要具体分析。
分析渗流破坏成因是进行除险加固方案设计的重要环节，只有正确地分析发生渗流破坏的原因，才能正确地选择除险加固的方案。
国内外学者对实际工程中的渗流破坏原因通过各种方法进行研究。
根据目前防洪堤地基有限的勘探试验资料，对该地基渗透变形特征以及液化可能性作了一些初步分析；通过Seed剪应力对比简化法与GBJ11—89《建筑抗震设计规范》2种方法对该问题进行计算，计算结果比较吻合。
通过现场调查、渗流观测资料分析和有限元软件分析等方法对蔡家沟水库渗漏情况进行分析。
结合我国几座土石坝渗流破坏的实例，分析各个水库渗透破坏的成因并介绍各种防渗措施的适用条件及技术要点。
通过大坝监测系统、电法探测、连通试验等手段，分析江雄水库新建大坝坝基、绕坝、溢洪道、输水洞等渗漏主因，查找到主要渗流通道，为大坝堵漏处理方案设计提供决策依据。
土石坝的渗漏主要有坝体渗漏、绕坝渗流、坝基渗漏；研究土石坝渗漏成因的主要方法有现场调查、资料分析、数值模拟等。
可以使用以上方法，对土石坝主要渗漏问题通过排除法进行分析。
土石坝产生渗漏的主要原因有以下几点。
①勘测设计问题：由于当时的技术和经济条件的限制，大部分中低土石坝进行设计建设之前没有进行水文地质勘测，导致在设计时对当地的水文地质情况不了解，没有考虑完善，设计中的防渗措施不合理，在水库建设完成后大坝出现渗漏问题。
土石坝坝基渗漏原因及其处理措施
土石坝坝基渗漏原因及其处理措施土石坝坝基渗漏的原因包括：
缺少必要的防渗措施。
截水槽未与不透水层相连接。
截水槽填筑质量不好或尺寸不够而破坏。
铺盖长度不够。
铺盖厚度较薄被渗水击穿。
水库运用不当，库水位降落太低，以致河滩台地上部分黏土铺盖暴晒裂缝而失去防渗作用。
因导渗沟、减压井养护不良，淤塞失效，致使覆盖层被渗流顶穿形成管涌或使下游逐渐沼泽化等。
土石坝坝基渗漏的处理措施可归纳为“上堵下排”，包括垂直防渗和水平防渗两种防渗措施，冲抓套井回填防渗墙措施、灌浆帷幕、防渗墙等，以及导渗沟和减压井等导渗措施。
水利工程中土质堤坝渗漏的原因及对策
水利工程中土质堤坝渗漏的原因及对策摘要：堤坝是人类社会抵御洪涝灾害的重要工程，它的安全问题关系到社会的整体稳定发展。
水利工程中，由于土坝成本低，易取材而被广泛应用。
但又因为坝线长，监测和维护难度大，坝基条件复杂，险情随机性大，难以进行有效的管护和治理。
所以目前的堤坝防渗技术只有在实践中不断完善与创新。
关键词：水利工程；土质堤防；渗漏原因；应对对策1水利工程土质堤坝防渗漏的重要性水资源是人类社会生产与生活的重要资源，然而，天然条件下的水资源常常无法满足人民的需求，因此，必须大力建设水利设施，加强对水的调控，合理配置水资源使它能有效地满足人民的日常生活和生产需要。
在输水，调水，抗旱、防洪、排涝中堤坝工程是水利建设的基础，占有很重要的位置，因此，做好防渗工作保护堤坝的安全十分必要。
2水利工程土质堤坝渗漏问题的主要原因分析2.1地质条件坝体容易渗漏和所处的地质情况有很大关系。
由于地理环境的复杂性，水利工程土质堤坝施工前期第一要务要对整个施工现场的地理环境和土壤性质进行深入调查，看所给资料是否和现场情况相符，但是有一些施工单位对这方面不够重视，以为了减少施工成本，没有细致勘察，施工期间对堤坝的地基处理不到位，就会给以后的工程建设带来了很大的安全风险，造成坝体稳定性降低，渗漏问题出现。
2.2设计原因早期我国各地大修水利工程，抓多抓快，在初步设计和施工中未能考虑到位，在土堤的设计中，由于管径大小、坡度、泄洪通道的设置等有关设计参数的不精确或不合理，遇到汛期各种突发状况，排水和泄洪能力不能满足实际要求，就会对堤坝后期带来隐患。
2.3施工材料原因在早期修建的堤坝中，由于缺乏高科技的质量检测手段，再加上建材上的选用、夯实、施工接头处的搭接处理不到位，等等因数，这就造成了现代堤坝防渗修复工作的困难。
另外，由于资金不足，部分南方地区由于缺少优质土料，而选择了高水分的稻米土，导致了坝体的抗渗性能达不到要求；很容易发生坝身漏水的问题。
新探土石坝防渗变形的方法
新探土石坝防渗变形的方法土石坝施工材料一般由本地土料和石材及石土混合料组成，利用碾压和回填等方法建立的挡水大坝。
因为应用的材料存在一定差异，土石坝包含石坝和土坝等。
近些年，社会经济的快速发展，促进了我国水利工程行业的进步，但是在多种环境条件制约下，土石坝常常会发生渗漏问题，若是处理不及时，就对居民的生命与财产造成威胁。
此种状况下，一定要应用科学、有效的对策，避免土石坝发生渗漏和变形。
一、土石坝概述近几年，国内水利工程项目规模与数量不断扩大。
而土石坝通常由石料与土料相混合而成，因此在进行施工时能够就地取材，和其它水利工程项目相比较而言，土石坝具备多种优势，比如能够在一定程度上节约建筑材料，大部分施工材料并不需求购买，也减小了施工成本，并且也不需求长途运输。
另外，土石坝结构相对简单，施工不复杂，便于维修，对于施工技术要求不多，施工程序少，仅仅利用几种机械设备就能够完成施工。
在土石坝实践施工时，由于土料与石料等相关施工材料为散体颗粒，具备较强的适应性，因而在施工时往往存在一些缺点，比如无法实现坝身溢流，和混泥土相比较而言导流不便捷等。
而且在雨季，加大了黏土料填筑的难度。
二、土石坝变形方式与渗透原因分析（一）土石坝变形方式分析首先是流土。
此种问题一般是土料中部分颗粒会在大渗流下流失，导致坝体形成空洞，一些土体也会凸起，甚至冲击到坝顶上，主要发生在非粘性土体或是粘性土体相应渗流溢出位置，而且这些位置土体颗粒在精细程度上差异比较小，若是粘性土体出现流土就会发生脱落或是断裂等问题。
其次是管涌。
一般情况下，土石坝地基或是下游破表明经常会出现管涌，原因是这些地方为非粘性土质的小颗粒，发生渗透就会与土体脱离，导致土壤形成裂缝，如果渗流逐渐增大，就慢慢形成渗透通道，直接影响土石坝自身结构的稳定性，发生渗透变形。
（二）渗透成因其一是材料原因。
由于土石坝材料大部分是当地取材，并非随意选择材料，应该综合分析土石坝材料物理性能。
土石坝渗透危害与处理方法
土石坝渗透危害与处理方法摘要：水利水电工程（质量监控与通病防治）土石坝坝体及坝基都具有一定的透水性，因此，水库蓄水后在上下游水位差作用下，水流会从坝身，坝基，两岸和涂料与其它刚性材料的接缝等处渗向下游，造成坝身，坝基，绕坝或接触渗漏。
土石坝渗漏处理的原则是“上截下导”既在上游（坝轴线以上）坝身或地基采取措施，堵截渗漏途径，防治入渗，或延长渗径，以降低渗透坡降，减少渗透流量。
在下游则做好反滤和导渗，将坝内渗水尽可能安全地排除坝外，以达到渗透稳定，保证工程安全运用。
关键词：土石坝，渗透危害，处理方法土石坝的渗透危害损失水量。
一般正常的稳定渗流所损失的水量较少。
如在强透水地基和岩溶地区修建土石坝，由于对坝基的工程地质和水文地质条件重视不够，没有妥善地进行防渗处理，以至蓄水后造成大量渗透损失，有时甚至无法蓄水。
渗透破坏。
在坝身，坝基渗漏逸出区，渗流坡降大于土的临界坡降，使土体发生管涌或流土等渗透变形，甚至产生集中渗透这种破坏性的渗透变形，可导致土坝失事。
坝体浸润线抬高。
坝身浸润线抬高后，失下游坝坡出现散浸现象，降低了坝体的抗剪强度，严重时甚至造成坝体滑坡。
因此，发现危及坝体安全的渗水时，必须立即查明渗漏原因，采取妥善的处理措施，防止事故扩大。
土石坝渗透的处理方法坝身渗透的处理方法对于均质坝，粘图斜墙坝的坝身渗漏，可在迎水面用粘土斜墙做截漏处理，这种处理方法对八神面积的渗透较为可靠。
处理时要放空水库，拆除护坡块石，铲除表面杂土，再挖松10~15cm，并清除坝身含水量过大土体部分，然后填筑粘土斜墙，使新旧土层结合好。
斜墙底部应修筑截水槽，深入坝基甚至相对不透水层。
当水不能放空，无法补做斜墙时，可采用水中抛土法处理坝身渗漏。
近年来，我国在修筑沥青混凝土斜墙或心墙坝方面已积累了相当丰富的经验，修沥青混凝土斜墙处理坝身渗漏已受到广泛的重视。
在缺乏粘土土料时，可在上游坝坡加筑沥青混凝土斜墙。
沥青混凝土几乎不透水，同时能适应坝体较大变形，而不致开裂，抗震性能好，其厚度约为粘土防渗体的厚度1/20~1/40，故工程量小，投资省，工期短。
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水利工程中土石坝渗透变形的成因及防治
摘要：土石坝是水利工程中较为常见的堤坝类型，具有地基适变性强，技术成熟，可就地取材，造价低等优点，在世界水利工程中被广泛采用。
是以土料或土
石混合料为主材的典型散粒体结构。
土石坝经过长期运行，由于水文地质变化及
蓄水等外力及因素的影响，出现水库病害，其中渗透变形及破坏最为常见，降低
了土石坝运行的安全可靠性，缩短水库的使用寿命，水利工程的经济效益与社会
效益受到影响。
本文将针对水利工程中土石坝渗透变形病害的成因及防治措施展
开研究。
关键词：水利工程；土石坝；渗透变形；成因；防治
一、水利工程土石坝渗透变形的主要表现
1.流土现象
水利工程中的土石坝在水环境的长期渗透力作用下，很容易出现坝体内部的
土料整体上浮的情况，上浮的土料容易随着流水而被冲走，造成坝体土料的流失，这就是流土现象。
流土现象是土石坝渗透变形病害的一个重要表现，轻微的流土
现象并不会直接对土石坝的结构稳定性及使用安全造成威胁，但当流土体积达到
一定程度后，就可能导致坝体内部出现空洞、表面局部隆起，还可能造成坝体表
面结构脱落、断裂，严重情况下甚至会出现垮塌、决堤等事故，造成严重安全隐患。
2.接触冲刷现象
土石坝建造中所使用的土料或土石混合料在粒径上往往存在差异，水的渗漏
作用下形成的渗流，会将接触面的细小颗粒物冲刷带走，这样就会导致坝体内细
颗粒土料的流失，这就是接触冲刷现象，是渗透变形病害的又一表现形式。
同时
由于渗流的影响是长期存在的，就会将接触面的细小颗粒逐层冲刷带走，造成渗
流接触面的破坏程度不断加大，产生坝体裂隙、裂缝等。
同时，被渗流带走细小
颗粒可能随着水流移动至其他位置，并再次聚集，这样就会造成坝体的变形，影
响坝体结构的整体稳定性，以及堤坝原本设计功能的有效发挥。
3.接触流失现象
接触流失与接触冲刷现象类似，同样是在渗流作用下的堤坝病害表现。
接触
流失主要是指坝体内不同渗透系数的土层之间，出现层间渗透，使细小颗粒物随
渗流进入其他土层。
一般接触流失现象中颗粒物的移动方向都是从渗透系数较小
的土层向渗透系数较大的土层移动，这样就会导致渗透系数较小的土层中土料不
断流失，结构稳定下下降，流失的土料会在渗透系数较大的土层中堆积，造成坝
体结构变形。
4.管涌现象
在水体渗透作用下，坝体内部会出现很多的孔隙，一些孔隙直通坝体表面，
坝体内部的细小土壤颗粒随着孔隙中的渗流还会被带到坝体外部，这种现象被称
为管涌。
一般管涌现象多见于土石坝的基础和下游边坡位置，由于渗透压力较大，渗透影响程度较高，容易出现多处持续管涌的现象，将坝体内的土料、细砂等持
续不断的带出坝体外部，造成坝体地基内部孔隙、孔道的扩大，内部土料流失加剧，影响土石坝地基、边坡结构的稳定性，严重情况下可能导致地基松动、垮塌、决堤等事故。
二、水利工程土石坝渗透变形的成因分析
1.土石坝的整体设计方案及工程整体布置存在设计缺陷
基于土石坝在国内外水利工程中的广泛运用，受经验主义的影响，有的水利
工程在土石坝选址、水利工程的布局、坝型设计、施工方案选取等过程中对当地
基础资料（如水文、地质、地形、气象等）分析研究不充分不全面，盲目借鉴相
似工程案例或以往经验，对取材的土石料特性（容重、抗剪强度、挤压强度、渗
透系数等）缺少足够的实验检验数据等，未避免土石坝与刚性建筑物的连接或连
接部位设计处理不当造成渗漏通道等，溢流设施设计不足引起土坝漫顶等，坝体
防渗体选型和防渗材料选择不当，不能有效降低浸润线，排水体设计不当渗漏水
不能及时排除等，给土石坝渗透变形的出现埋下隐患。
2.土石坝建设材料的防渗透性能不足
土石坝建设中所使用的主要材料为土料或土石混合料，由于土石坝建设的材
料用量较大，为降低成本、方便施工，往往会采取就地取材的策略。
在实际的建
设过程中，就地取材存在颗粒级配、压实性、渗透系数、有害矿物质含量、抗剪
及挤压强度等物理力学指标与设计不相符的情况，部分水利工程建设区域内的土料、石料等具有较强的亲水性、膨胀性等，将这样的材料大量应用于土石坝建设，就可能使最终建成的土石坝整体防渗透性能不足，导致土石坝运行管理中渗透变
形的发生。
3.土石坝建设施工工艺中存在问题
对施工工艺的把控也会对土石坝的防渗透性能造成影响。
在一些土石坝工程
建设中，由于施工工艺规范性、科学性不足，如基础部分降水、压实工作不到位，缺少黏土密封夯实操作环节，灌浆施工中操作不规范，灌浆不严实，防渗层设置
不完整等，都可能影响土石坝的整体防渗透性能，进而导致土石坝出现渗透变形
病害。
此外，施工工艺选用不当，或存在暴力施工行为，对坝体造成了破坏，也
可能加大渗透变形病害产生的几率。
4.土石坝日常防渗养护工作开展不到位
土石坝建设完成后，还需要通过日常的养护，来保证其性能的发挥。
而日常
防渗养护工作不到位，也是导致渗透变形病害出现的一个重要原因。
如日常忽视
对土石坝渗透变形问题的检查分析，没有做好坝体微小裂隙的修补处理，不注重
对防渗结构损坏的修补，日常堤坝防渗加固工作不到位，部分堤坝年久失修等，
这些都为堤坝渗透变形病害的出现提供了条件。
三、水利工程土石坝渗透变形的防治措施
1.结合实际优化土石坝防渗透设计的方案
有效的防渗透设计应当与水文地质、堤坝规模、使用环境、建设材料、成本
预算等实际条件相适应，因此，在进行防渗透设计前，就要做好相关的调查分析
工作。
如做好水文地质勘察工作，准确把握水文地质条件，及其对堤坝渗透变形
情况的影响。
同时结合工程设计的图纸、设计参数等，分析堤坝规模、使用环境、材料等对渗透变形病害产生几率的影响。
在土石坝防渗透设计方案的编制中，要
尽可能避免盲目依据经验进行设计，或直接套用其他工程的防渗透方案，要确保
反渗透设计方案与工程实际的相符性，并要检验方案的可行性，以编制出最佳的
防渗透设计方案。
2.加强对土石坝建设材料防渗透性能的把控
提高建设材料的防渗透性能，也是防治水利工程土石坝渗透变形病害的可行
措施。
一般土石坝工程的建设材料都是就地取材，对于这些材料的防渗透性能还
要进行实验分析，放渗透性能较好的材料可以直接用于建设施工，对于防渗透性能不足的材料，则需要通过材料的改良处理，或加入其他添加剂等措施，提高混合材料整体防渗透性能。
对于防渗透性能较差的材料，在成本预算允许情况下，可通过购置防渗黏性土料、石料等，来进行部分或全部替代，减少材料性能问题所导致的土石坝渗透变形病害的发生。
3.采用有效的防渗透施工工艺防治渗透变形
施工工艺方面，一方面要通过提高对施工工艺实施过程的把控，提高施工质量，减少渗透变形病害，另一方面要积极采用有效的防渗透施工工艺，实现对渗透变形病害的防治。
如可在施工中采用高压喷射灌浆防渗技术，通过提高灌浆喷射压力，强化灌浆的密实度，减少坝体内部孔隙、裂缝，达到防渗目的。
也可以采用套井回填防渗技术，通过黏土回填并严密夯实，在坝体内形成黏土防渗墙，以此控制坝体的渗透变形。
还可采用混凝土防渗墙技术，通过在坝体上钻孔，并灌注混凝土，构建混凝土防渗墙，来提高坝体的防渗透性能，实现对渗透变形病害的有效处理。
4.加强土石坝日常防渗养护工作的开展
除上述几方面措施外，还要在日常做好对土石坝的防渗养护工作。
通过定期检查了解土石坝渗透变形的情况，对检查中发现的坝体微小裂隙、孔洞，以及渗透变形病害的早期征兆加以重视，及时进行修复处理，避免病害的发展。
还要定期对土石坝进行预防性的防渗加固，提前消除渗透形变的隐患，实现对土石坝渗透形变病害及相关事故的事前防治，保证水利工程的使用安全与效益发挥。
参考文献
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