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摘要：从工程事故实例启示和学习卡氏理论研究后,对高拱坝坝基排水目的、布置原则、排水方式 及其技术参数拟设等进行浅析。其中技术参数指标,目前难于数理定量,特搜集国内外部分工 程数据进行初拟,最后得到初步认识并提出建议,以供讨论。

 

关键词：拱坝 坝基 排水 渗透压力 灌浆

 

1、问题的提出

 

据工程事故实例,如美国莫伊埃河拱坝,高度为16.6 m,因左岸山脊薄及岩层向下游倾斜并有 软弱夹层,受渗流浸蚀而沿软弱夹层滑动失去支承;美国拉尼湖拱坝,高20.5 m,因勘探草率, 坝肩置于周围为泥土碎屑堆石的、直径约42 m的大孤石上,受渗流浸蚀引起大孤石松动而破 坏;法国马尔巴塞(malpasset)拱坝,高66.5 m,坝底厚6.91 m,坝顶厚1.5 m,坝顶长222.66 m, 坝基岩性为片麻岩,左岸岩石夹有绢云母页岩。该坝于1959年12月2日溃坝,这是拱坝建筑史 上的大事。经法国组织调查委员会等反复调查鉴定,并引起世界各国专家、学者的关注和讨 论,最终认为溃坝主要原因是坝荷载平行压缩片麻岩层,受渗流潜蚀与渗透压力作用,致使坝 基沿岩层裂隙滑移而造成溃坝,见图1;秘鲁弗莱瑞双曲拱坝,高74 m,坝基岩性为安山岩,事故 原因是地震力使拱座下游出现垂直裂缝和位移,见图2,以及左拱座下游存在岩体崩坍体3.6万 m3,岩石走向与坝肩裂隙平行,渗透压力造成岩石破坏所致。在后来的加固项目中增设了岩石排水系统。

我国梅山连拱坝,高88.24 m,坝基岩性为花岗岩,蓄水6年后右岸坝基裂隙大漏水,在未封堵灌 浆孔时喷水高达31 m,射程11 m,13号垛位移43.61 mm、垛拱出现裂缝及15号、16号拱前岩 石裂缝宽5～17 mm。事故分析主要原因为右岸坝基山脊单薄临空、断层裂隙切割、邻垛高差大及防渗排水不足。后期的加固项目包括增设排水系统。

 

从50年代原苏联教科书或美国垦务局设计准则中都认为,一般拱坝特别是薄拱坝基础渗流 对坝体和坝基并不是重要的。因而,在拱坝基础中一般都不设置排水系统。但从上述拱坝事 故实例启示,拱坝基础受渗流浸蚀与渗透压力作用,对坝基稳定产生了极不利的影响,甚至酿 成事故,从而也引起了工程界对拱坝渗流研究和处理措施的重视,其中排水效应具有重要意义。

 

2、排水效应的理论研究

 

2.1 卡氏理论研究简述

 

著名学者a．卡色格兰德(a．casagrande)教授于1961年以《坝基和 坝座的渗流控制》为题作了演讲,现将其分项内容简述如下:

 

(1)首先在前言中依据一座坝的观测资料,利用灌浆与排水的各自效应阐述岩石渗流控制 情 况;

 

(2)排水分析。依据不同部位设置排水而得到渗透压力理论值;假定岩石各向同性并为半无限 体,在符合达西定律情况下,利用渗流理论,得到排水孔下游无渗流或高于和等于下游尾水位 时的理论解;

 

(3)不完全截水分析。以截水比例值,利用单排帷幕灌浆与钢板桩存在窄缝情况,表明了防渗 截水效应;

 

(4)假设例子讨论。假设8种不同防渗截流与排水情况的图例,得出坝基和坝座存在渗透压力 需要