水庫大壩的滲流狀況直接關系到其結構穩定性與安全運行。滲流可能引發壩體內部土體的滲透變形,如管涌、流土等現象,削弱壩體強度,嚴重時甚至導致大壩垮塌,威脅下游人民生命財產安全。通過滲流監測,能夠實時掌握壩體及壩基的滲流狀態,及時發現潛在滲流隱患,為大壩安全評估與維護決策提供關鍵依據。
滲流監測的主要內容
滲流量監測:測量通過壩體、壩基以及繞壩等部位的滲流水量。準確掌握滲流量的大小及其變化趨勢,有助于判斷大壩防滲性能是否良好。若滲流量突然增大,可能預示著防滲結構出現破損或裂縫等問題。通常采用量水堰等設備進行測量,根據堰型不同,通過測量堰上水頭高度等參數,依據相應計算公式得出滲流量。
滲流壓力監測:包括壩體內部的孔隙水壓力和壩基的滲透壓力監測。壩體孔隙水壓力反映了壩體內部土體所承受的水壓力情況,過高的孔隙水壓力會降低土體抗剪強度,影響壩體穩定性。壩基滲透壓力則關乎壩基的滲透穩定性。通過在壩體和壩基不同位置埋設測壓管或滲壓計等儀器,監測不同深度、不同位置的滲流壓力,繪制等勢線,分析滲流場分布情況,評估大壩防滲效果與滲透穩定性。
滲透水水質監測:對滲流水的化學成分進行分析,如酸堿度(pH值)、硬度、各種離子含量等。水質變化可反映壩體和壩基巖土體的溶蝕情況以及防滲材料的侵蝕狀況。例如,水中鈣離子含量異常增加,可能暗示壩體或壩基的鈣質材料發生溶蝕,防滲性能下降。定期采集滲流水樣,送往專業實驗室進行檢測分析,及時發現潛在的化學侵蝕問題。
滲流監測的布置原則
重點部位優先:在大壩的關鍵部位,如壩肩、壩基防滲體與壩體結合部、下游壩腳等容易發生滲流破壞的區域,應加密布置監測點。這些部位一旦出現滲流問題,對大壩安全影響較大,通過重點監測,能及時捕捉到滲流異常信號。
全面覆蓋與代表性:監測點的布置要能全面反映大壩整體的滲流狀態。考慮大壩不同壩段、不同高程以及不同地質條件下的滲流差異,合理分布監測點,使監測數據具有代表性,能夠準確反映大壩滲流場的真實情況。例如,對于地質條件復雜的壩基區域,應適當增加監測點密度。
便于觀測與維護:監測設備的布置應便于日常觀測操作和后期維護管理。避免布置在難以到達或容易遭受破壞的位置,同時要考慮監測設備的耐久性和可靠性,確保長期穩定運行,獲取連續可靠的監測數據。
滲流監測的方法與設備
常規測量方法與設備
量水堰:用于測量滲流量,常見的有三角堰、梯形堰和矩形堰。根據滲流量大小選擇合適的堰型,通過高精度水準儀測量堰上水頭,結合堰的流量計算公式得出滲流量。量水堰結構簡單,成本較低,廣泛應用于大壩滲流量監測。
測壓管:傳統的滲流壓力監測設備,由進水管、導管和管口保護裝置組成。進水管埋設在需要測量滲流壓力的位置,水通過進水管進入導管,通過測量導管內水位高度確定滲流壓力。測壓管具有直觀、可靠的優點,但存在測量精度相對較低、受外界環境影響較大等缺點。
自動化監測技術與設備
滲壓計:分為振弦式滲壓計和壓阻式滲壓計等類型。振弦式滲壓計利用壓力變化引起振弦頻率改變的原理測量滲流壓力,具有精度高、穩定性好、抗干擾能力強等優點;壓阻式滲壓計則基于壓阻效應測量壓力,具有體積小、響應快等特點。這些滲壓計可通過數據采集系統自動采集數據,并遠程傳輸至監控中心,實現實時在線監測。
分布式光纖傳感技術:能夠實現對大壩滲流場的分布式監測。通過在壩體或壩基中鋪設光纖,利用光纖中光信號與周圍環境相互作用產生的變化,如光的強度、相位、頻率等,感知滲流場參數,如滲流壓力、溫度等。該技術具有分布式測量、精度高、抗電磁干擾等優點,可對大壩滲流進行全方位、連續監測。
滲流監測數據的分析與處理
數據整理與校驗:對采集到的滲流監測數據進行整理,檢查數據的完整性和準確性。剔除明顯異常的數據,如因設備故障、外界干擾等導致的錯誤數據。通過對相鄰測點數據、不同類型監測數據之間的相關性分析,以及與歷史數據的對比,校驗數據的合理性,確保監測數據可靠。
數據分析方法
統計分析:運用統計方法,如均值、標準差、變差系數等,對滲流監測數據進行統計描述,了解數據的集中趨勢和離散程度。通過繪制數據時間序列圖,觀察滲流量、滲流壓力等參數隨時間的變化規律,分析其周期性、趨勢性變化特征,判斷大壩滲流狀態是否穩定。
對比分析:將實測數據與設計值、歷史數據以及同類工程的經驗數據進行對比。若實測滲流量超出設計允許值或與歷史數據相比有較大偏差,應進一步分析原因,判斷是否存在滲流異常情況。對比不同部位的滲流壓力分布,評估大壩防滲效果和滲流場的均勻性。
模型分析:建立大壩滲流數學模型,如有限元模型,將實測數據作為模型輸入參數進行反演分析,獲取大壩滲流場的相關參數,如滲透系數等。通過模型計算與實測數據的對比驗證,不斷優化模型,更準確地模擬大壩滲流狀態,預測滲流發展趨勢,為大壩安全決策提供科學依據。
預警與決策支持:根據數據分析結果,制定合理的滲流監測預警指標。當監測數據超過預警指標時,及時發出預警信號,提示相關部門采取措施進行進一步檢查和處理。結合大壩整體安全狀況,綜合分析滲流監測數據與其他監測項目(如變形監測、應力應變監測等)數據,為大壩維護、加固等決策提供全面、科學的支持,確保水庫大壩長期安全穩定運行。