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冰冻对土坝渗透稳定性的影响 我省许多水库水库的基本高度为弱透水层，底层为强透水层的两层。采用天然铺盖或人工铺盖结合坝后设减压排水沟、井和压盖等措施, 控制坝基渗流。但是我省处于寒冷地区, 结冻时间长, 因此, 冰冻对排水减压设施有很大影响, 致使排水沟或减压井在冰冻期间出现相反效果, 运用几年后受冰冻破坏而失去作用。现以几座水库土坝观测资料, 看冰冻对水库土坝的影响, 作如下分析: 1 显著影响缺失排水设施,影响排水程序 宾县二龙山水库土坝采用贴坡排水, 坝基因弱透水层较深而采用减压井和排渗沟相结合的措施, 并与坝体排水相结合, 见图1。 在库水位均为188.66 m时, 未考虑滞后时间影响。在1981年7月11日观测I2号测压水位为177.56 m, 而1982年4月11日春季未解冻时, 该测压水位为178.05 m, 冻季比夏季测压管水位高0.49 m, 显然是由于减压排水设施受冻后, 阻塞排水出路所致。从1981年冬季观测减压排水沟中, 发现多处冻盖隆起, 是由积冰所形成的, 最高达0.5 m, 排水沟内冬季已见不到渗透水流。 2 土壤冻结厚度 冬季土壤冻结时, 渗流出口逐渐冻结, 随着冻结深度加大, 渗流出口断面逐渐缩小, 从而增大渗透压力, 提高地基承压水头。当土壤冻结深度达到最大时, 这些渗流出口断面也达到最小值, 而承压水头则达到最大值。从海伦东方红水库的观测资料中, 可证实这种分析, 见图2。 从图2可见, 1～3月严寒季节, 土壤冻结厚度逐渐增加, 水库水位缓慢降低, 而K1、K2减压井的水位却不断升高, 4月份以后, 气温转暧, 土壤冻结厚度减小, 渗流出口逐渐恢复, 减压井水位逐渐降低, 即使库水位升高, 因排渗恢复正常, 减压井水位也不再升高。根据观测资料分析计算, 减压井水头受冰冻影响可增大10%～17%。 3 两组井内淤堵,造成井内开展工作困难 桦南县向阳山、海伦县东方红、宾县二龙山等水库的排水减压井, 均因受冻害逐年破坏而失效。其中: 3.1 桦南县向阳山水库为均质土坝, 坝基弱透水层较浅 (1.5～2.8 m) , 原设计对坝基承压水采用减压排水沟进行处理, 但是在施工时, 土坝坝后左端200 m长一段未挖穿弱透水层, 以致在1973年较高水位169.4 m, 水头10.8 m时, 坝基测压管出现涌水现象。于是, 在此段坝后设6眼减压井, 断面为2 m×3 m, 井壁厚为0.2 m的钢筋混凝土结构, 井内填反滤层及压重。由于减压井在双层地基上, 地下水位较高, 受冻害影响较大, 每年冬季冻拔量在15～20 cm, 夏季稍有恢复, 但形成错位, 仅运用7年冻拔量已达70 cm。由于冻拔、错位和井内淤堵, 已失去了减压作用, 在库内水位相同情况下, 井内水位降低了91 cm, 完全起不到设计减压效能, 以至报废。 3.2 东方红水库为均质土坝, 坝后设了34孔减压井, 采用钢筋混凝土园管结构, 内径64 cm, 管壁厚8 cm, 井深9 m深入强透水层50 cm, 每节管长1 m, 由于管壁外填粘土, 含水量高, 冬季使减压井产生冻拔, 每年达约20 cm。受冻拔影响, 管接头企口开裂, 泥沙挤入, 造成严重淤积, 仅运用2年, 淤积已达1.76 m, 为平均井深4.5 m的39%, 结果完全失败。最后, 填平减压井, 改用坝后压重处理。 3.3 宾县二龙山水库为粘土心墙土坝, 坝后采用直径1 m的无护壁内填碎石浅井式减压井与排渗沟相结合。由于结冻期减压井多数被堵塞而失败, 不但起不到排渗作用, 反而抬高坝趾水位, 影响坝体安全。以后对排渗减压设施全部进行翻修, 发现冰冻使反滤层层次颠倒, 堵塞破坏, 其翻修工程量相当于新建工程量。 鉴于坝趾排水减压设施受冰冻影响, 冬季不能发挥排渗减压作用, 在受到冻拔和冻融后, 极易出现挤压, 开裂和错位等破坏, 使周围土壤进入井内, 以致淤堵失效, 若清淤翻修, 其工程费用相当于新建投资, 并且, 有些减压井太深不能翻修, 从而给管理运用带来困难, 增加水库经济负担。因此, 建议在设坝后排水减压设施时, 要充分慎重考虑冰冻的影响, 并给管理运用时提供方便, 避免造成不必要的损失, 甚至发生意外事故。