(2)
则实测不同水头 hi的单宽坝体渗流量qi为
(3)
进而应用最小二乘法拟合求得了单宽坝体流量q与水头h关系的经验表达式为:
(4)
相关系数r=0.994.
式(4)由己衣坝实测资料推演求得,分析中以水头为主要参数,并计入了渗透过水断面影响;依据可靠,计算简便,具有工程应用价值.
3.4 坝体挡水度η作者提出并引入了“坝体挡水度的概念,定义为坝体水头h 与坝高 H 之比(即η=(h)/(H)).在正常高水位水头作用下,坝体处于最大容许的工作状态,称此工况为”正常高水位挡水度 η“.简称”正常挡水度η“,以正常挡水度η0为指标,几个高土石坝工程η0 与己衣坝试验η的比较结果见表5,不过己衣坝高以最低马鞍点高度暂代,正常高水位水头也以蓄水最高水头代表.
3.5 坝内渗流的水面分布,水头损失与流态
3.5.1 坝内各观测渗流水位历时变化过程 观测孔位置如图3,图4示出了实测的降雨量、库水位与坝内各孔渗流水位的历时变化过程, 可见接近上游面的Ⅰ、Ⅱ孔,其渗流水位总变化幅度与库水位总变化幅度相近,而距上游面愈远的孔水位总变幅就愈小.
图4 降雨量、库水位与坝内各孔渗流水位的历时变化过程
3.5.2 典型库水位(坝体水头)条件下坝内渗流水面分布与水头损失 以最高与每下降近5m的库水位为典型工况,给出了坝内渗流水面的实测数据(见表6),表里括号中数字是各孔渗流水位的降低值,忽略渗流流速水头,该值即沿程的损失水头.表中并以位于最下游的5# 孔为例,求得其区间渗流沿程损失达(0.76~0.83)h,平均约为0.80h.典型水头渗流纵剖面图见图5
3.5.3 坝内渗流的空间分布与流态问题 以7#孔实测渗流水位,与同时实测1、2孔的数据用内插法求7 孔投影点的数值进行对比分析,粗略求得渗流水面横比降为15.2%.此值可能偏大,但揭示与证实确有横比降存在,爆破坝内渗流水面是一空间分布曲面.
坝体 1991 年挡水过程表明:(1)连日降雨或暴雨,库水位猛涨且水质浑浊,渗流随之急增与变浑;库水位不涨或较稳定,渗水变清澈但所见库水仍较浑.(2)下游面形成明显、稳定的集中渗流通道与出逸口.(3)静置3组不同日期、不同库水位与渗流量的库水与渗水样品、发现其固体沉淀物有明显差异,渗水沉淀物不由水库带来,而源于集中渗流通道与出逸口;库水沉淀物造成坝体内淤灌效应.综上宏观现象进而推测:坝内渗流流态可划分为上游、中间及下游3个区间,在上游区为接近紊流态向中间区逐渐变为接近层流态,中间区属接近层流动区,下游区又由接近层流向接近紊流变化;总之,坝内渗流为沿程变化而非固定的过渡区流态.
3.6 爆破坝渗透稳定的机理与己衣坝防渗处理的设计原则 己衣爆破坝由于地形、地质和爆破条件等诸多因素作用,在爆破成坝过程中,造成了坝体土石颗粒组成连续、组配良好,具有一定的密实度与孔隙率;土石颗粒由于重力分选堆积效应,还造就了坝体中间部位颗粒组成普遍较细,上、下游部位颇粗,且构成牢固的骨架体系;这样的坝体结构组成与其空间分布,构成了爆破坝渗透稳定的机理,也是其固有特性.
己衣坝两个年度直接挡水达到或极接近常规土石坝正常高水位.坝体在全过程中运行正常、安全可靠,表明坝体具有足够的挡水强度与渗透稳定性;同时坝体渗流量较大,库容小、来水少,水库当年汛末蓄至最高水位,至次年春灌时库水所剩约1/10,因此必须采取仅仅为减少渗流量的工程防渗措施. 此系应成为定向爆破堆石坝体防渗处理的设计原则.
4 结 论
(1)通过直接开挖坝体探井,研究了坝体结构特性,探讨爆破坝渗透稳定机理.
(2)坝体两个年度直接挡水最高水位分别达66.55和68.54m,按“挡水度”概念已达到常规土石坝正常高水位,坝体运用正常,表明未做防渗体的爆破坝具有足够挡水强度与可以直接挡水,也增大了实测资料与研究成果的工程应用价值.