淤地壩壩面過水試驗研究

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1、淤地壩壩面過水試驗研究崔亦昊謝定松楊凱虹中國水利水電科學研究院，北京，100044摘要：在大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用土工膜襯護、直接在淤地壩壩面開設(shè)溢洪道的壩面過水技術(shù)方案，并以宋家溝試驗淤地壩為依托工程，進行了現(xiàn)場大型試驗。試驗研究了平底式與階梯式兩種過水方案。試驗結(jié)果表明：同樣條件下，平底式末端最高流速達10.7m/s，而階梯式則為3.1m/s，說明階梯式具有明顯的消能作用；在上述流速下，兩種方案的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，說明土工膜的鋪設(shè)結(jié)構(gòu)形式與固定方法是合適的；從耐磨抗沖刷性能看，1mm厚的HDPE土工膜具有較高的抗泥沙的耐磨性，而0.6mm厚土工膜抗碎石的耐磨性較差，表明土工膜的厚

2、度太??；從施工難度、土工膜用量和成本等來比較，平底方案具有較大的優(yōu)越性。兩種結(jié)構(gòu)型式土工膜襯護襯護的溢洪道稍加完善，均可在中小型淤地壩工程中試驗應(yīng)用，而平底襯護型式更為適宜。關(guān)鍵詞：淤地壩；壩面過水；溢洪道；土工膜；過水土壩1前言淤地壩是黃土高原地區(qū)一種行之有效的水土保持工程措施，同時具有“淤地造田，提高糧食產(chǎn)量”、“合理利用水資源，解決人畜飲水”等多方面的作用和效益，上個世紀，在國家資助下，黃土高原、特別是多沙粗沙地區(qū)興建了大量的淤地壩。但是，當前淤地壩建設(shè)中一個重要的問題就是淤地壩的安全度汛問題。首先，根據(jù)對現(xiàn)有淤地壩工程調(diào)查和統(tǒng)計情況來看，大多數(shù)淤地壩工程無溢洪道，有的雖有溢洪道，

3、但泄洪能力不足，淤地壩自身安全得不到保障；許多已建壩庫淤積迅速，使滯洪庫容大減，有的已經(jīng)淤滿，喪失了防洪能力；其次，大多數(shù)淤地壩工程當?shù)氐刭|(zhì)地形條件差，開設(shè)溢洪道困難，修建淤地壩的地區(qū)一般溝狹坡陡、上覆土層深厚，加之此類地區(qū)洪水一般峰高、量小，如開設(shè)很大的岸邊溢洪道，則工程量和投資很大，地方上難以承受；此外，該類地區(qū)多數(shù)溝道沒有巖石出露，缺乏修筑溢洪道的必要當?shù)夭牧稀Ｒ虼?，大多?shù)淤地壩工程未設(shè)安全泄洪設(shè)施，俗稱為“悶葫蘆”，對淤地壩的安全極為不利。為保證淤地壩的安全，考慮到中小型淤地壩工程投資有限，絕大多數(shù)淤地壩均為土壩，非常有必要開發(fā)一種簡易而較為安全的泄洪技術(shù)如壩面過水技術(shù)。土石壩壩

4、面過水技術(shù)的實質(zhì)就是修建泄洪與擋水建筑物結(jié)合起來的過水土壩，我國是世界上最早開始興建過水土壩的國家之一。但由于對過水土壩安全性的擔憂，土壩壩面過水技術(shù)一直未能大量推廣應(yīng)用。從我國及世界各國已經(jīng)興建的過水土壩工程實例來看，有以下幾個特點：土壩壩面過水有全斷面過水和局部過水兩種形式，以局部過水為多數(shù)；壩面防護材料有鋼筋混凝土、素混凝土、鉛絲石籠、瀝青混凝土、瀝青漿砌石、灰土、生物植被護面等；過水橫斷面有梯形和矩形等形式，縱斷面有平底式和階梯式等型式；已建過水土壩以壩高20m以下的居多，少數(shù)壩高超過20m520，單寬流量一般為10m3/s-m以內(nèi)，最大流速大多不超過10m/s。1981～198

5、6年，美國墾務(wù)局USBR(BureauofReclamation)利用CottonwoodDam5＃壩完成了一項柔性襯砌（土工膜）非常溢洪道試驗，比較成功。受該試驗研究成果啟發(fā)，擬在淤地壩工程中借鑒該成果，研究在淤地壩壩面開設(shè)溢洪道、利用土工膜進行襯護的壩面過水技術(shù)。為此，利用中國水利水電科學研究院投資興建的宋家溝淤地壩試驗示范工程現(xiàn)場條件，開展了本項試驗。2試驗方案與準備2.1試驗基本條件現(xiàn)場試驗利用宋家溝淤地壩庫內(nèi)土坡修建土工膜襯護的試驗溢洪道。試驗溢洪道斷面為梯形，底寬0.5m，深0.5m，邊坡坡比為1∶1.5；首末端垂直高差13.9m，49.2m長，底坡為1∶3.4?；恋男再|(zhì)見

6、表1。表1土料指標比重黏粒含量（%）粉粒含量（%）砂粒含量（%）液限（%）2.71~2.7320~2230~6019~5026.0~27.8塑限(%)塑性指數(shù)（%）崩解速度/min滲透系數(shù)/cm/s土的分類[1]14.0~15.011.5~12.82110-5CLY，低液限黏土（黃土）試驗水源為根據(jù)現(xiàn)場地形條件修建的一個盡可能大的蓄水池，長和寬均為10m左右，深1.7m。蓄水池與試驗溢洪道連接側(cè)設(shè)閘門以控制泄水。蓄水池由兩臺水泵（50m3/hr、50m揚程）持續(xù)供水。由于供水能力有限，試驗前先向蓄水池充滿水，試驗中兩臺水泵繼續(xù)供水，水池內(nèi)水面降至閘門底部時，關(guān)閉閘門，暫停試驗；待水池內(nèi)充

7、水至預(yù)定水深時，再次開啟閘門，繼續(xù)試驗。試驗方案共兩種，方案1為縱向平底式，試驗方案2采用為階梯式底部，以下分別簡稱為平底方案和階梯方案。襯護土工膜也為兩種，平底方案采用1.0mm的HDPE聚乙烯土工膜，階梯方案采用0.6mm的HDPE聚乙烯土工膜，其物理指標見表2。表2HDPE土工膜性能指標表指標方向1.0mm土工膜0.6mm土工膜拉伸強度（MPa）縱向22.020.8橫向19.021.2伸長度（％）縱向792786.5橫向805