混凝土重力坝渗压系数负值分析

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发布时间：2022-03-07

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系数出现负值这一异常情况，对其进行定性、定量及物理成因分析，并在传统渗压系数统计模型中考虑了渗流量这一影
响因素，通过偏最小二乘法进行回归分析，分析结果表明：其负值成因主要是混凝土坝初期防渗帷幕防渗性能较好、坝基
岩石渗透性较弱，以及大坝运行期较短，坝基渗流还没有达到一个稳态平衡状态所致。
关键词：渗压系数负值；偏最小二乘法；渗透性；稳定平衡状态
中图分类号：TV223.4 文献标志码：A cloi:10.3969/j .iwn.1000-1379.2016.07.025
近年来，在国家能源局大坝安全监察中心组织实
施的大坝安全监察中，发现在对许多已建混凝土重力
坝进行竣工安全鉴定与定期安全检查时，根据历史渗
流监测资料和《混凝土坝安全监测资料整编规程》
(D L /T 5209—2005)计算得到的坝基渗压系数均为负
值。对于设置有防渗帷幕和排水孔幕的实体重力坝渗
压系数 ,主排水幕处河床坝段渗压系数采用0.25,岸坡
坝段采用0.35[|],从规范中可见坝基面上的渗压系数
均为一个非负数。
混凝土重力坝渗压系数与扬压系数计算示意见图
1,扬压水头 ^与上游水深好 1的比值为坝基扬压系数
h- a。，即 a。= u ;扬压水头高于下游水位的水柱高度为
H1
渗压水头h : ,即 h : = h- - 馬;渗压水头与上下游水位
h
差的比值为坝基渗压系数a ,,即 a , = ^ ^ [2—3]。
^1 - ^2
图1 混凝土重力坝渗压系数与扬压系数（单位:m)
由坝基扬压折减系数和坝基渗压折减系数定义可
知,坝基扬压折减系数或坝基渗压折减系数不可能为
负值。由能量原理可知，当上游水位高于下游水位时
水总是由能量高处流向低处，只要上、下游水位不相
等，其上、下游水位间任意一点的水位均是高于下游水
位的，在大坝正常工作且没有外力对这个系统做功的
前提下，大坝坝基扬压折减系数、坝基渗透压力折减系
数不可能为负值(下游无水情况相同）。因此,针对目
前许多已建并正常运行的混凝土坝坝基渗压系数为负
的情形，有必要对其成因进行分析。
1 成因分析
1 . 1 理论成因分析
目前,混凝土坝基渗透压力计算还没有一种完全
可靠的模型，鉴于坝基岩石本身的复杂性以及基岩与
混凝土间接触等存在收缩裂缝,渗透水流的流态复杂
多变,实际工程中采用测压管来进行观测，根据实际的
观测值绘制扬压力分布图，并与设计采用的扬压力分
布图进行对比，判断坝基渗流的安全情况。工程中主
要通过测压管的管水位计算渗压系数a ,，对于扬压力而
言，下游水位产生的浮托力无法折减（扬压力 = 渗透压
力+浮托力），虽然两者定义有区别，但工程中通常渗压
h：, h ,
系数即为扬压折减系数，由图 1 可以证明：，1 = „ 11， h -〇 ^1 -〇
h : h ,
7 4 a ,<a 0 ,纟为上游水头好1减去帷幕后第一个测