[發明專利]土石壩滲流量監測及計算的流場分析法

在審

• 申請號: 201510048038.0
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104615820A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 潘琳;凌騏;宋永占;周曄;崔崗;陳俊生;周小春;韓世棟
• 申請（專利權）人: 南京南瑞集團公司;國網電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;夏恒霞

技術領域

本發明涉及土石壩滲流量監測和計算方法，具體為流場分析法，屬于大壩安全監測與評價技術領域。

背景技術

在水電站工程中，建設在深厚透水層地基上的土石壩越來越多，根據相關規范要求，土石壩的滲流量是大壩原型監測的必測項目，對于評價大壩的安全性至關重要。

現有技術中，大部分大壩的地基都具有良好的防滲性或進行過專門的防滲處理，滲流水大部分大多分布在壩體底部或地基淺層這些承受水頭高且防滲性能相對薄弱的局部地帶，因此，傳統的滲流量監測方法是：在滲流路徑中選擇合適的位置，如基礎廊道或壩后處采取截流措施，將滲流水引至某個集中點匯聚，然后采用容積法或量水堰法直接測得匯聚后的滲流水流量，具體的測量工具或儀器設備有量筒和秒表、容積式流量儀、量水堰堰板和量水堰儀等。但是，當大壩建在深厚透水層上，地基防滲處理功效有限時，滲流水往往在壩基底層一定深度以下形成潛水層，這樣一來，地表部位沒有水，無法通過傳統的截流和集水方法監測滲流量，鑒于此，有必要建立一種不同于以往的滲流量監測和計算方法。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于建立一種土石壩滲流量監測和計算的新方法，適用于深厚透水層上大壩的潛水層滲流場情況。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

本發明的土石壩滲流量監測及計算的流場分析法，首先測量滲流場中的地下水位分布情況，然后對地下水位進行二維流場分析計算，從而獲得流場的總滲流量。

前述的地下水位分布情況由測壓管測得，測壓管的布點方式為矩形點陣。

優選地，測壓管的布點原則為：①、順主要的水流方向布設不少于三排測點，排間距設計合理，保證相鄰兩排之間能夠形成水力坡降；②、每排寬度的確定以能夠基本覆蓋過流斷面為原則，應在左右兩岸壩基開挖輪廓線處布置測點，以便能反映繞壩滲流的影響；③、每排內點間距的確定以相鄰兩點間的水力坡降合理為原則；④、矩形點陣布置在壩基下游側。

更優選地，矩形點陣布置在接近壩趾部位，因為此處較為接近層流態，能夠確保更加準確的測量結果。

具體來說，對地下水位進行二維流場分析計算的具體步驟如下：

(1)、根據各測壓管測得的地下水位，得到地下透水層內的滲流場，即兩組互相正交的曲線：等水位線和流線；

(2)、取兩根相鄰的等水位線，將它們中間的區域劃分成若干小矩形，計算滲流水在小矩形區域內沿流線方向的水力坡降：矩形區域的一對等水位線上水位分別為h_高和h_低，沿流線方向的邊長為L_流，則通過該矩形區域的水力坡降為J＝(h_高-h_低)/L_流；

(3)、根據達西定律，滲流流速V與水力坡降J呈正比，比例系數k為滲透介質材料的固有特性，據此計算流速：V＝k·J；

(4)、根據測壓管鉆孔時獲知的矩形區域處透水層的深度H，結合等水位線的邊長L_水，求得過流斷面面積：A＝H·L_水；

(5)、流場中通過矩形區域范圍的流量為：Q＝A·V；

(6)、重復以上步驟(1)～(5)，將相鄰的兩個等水位線之間所有小矩形的流量疊加之后即可獲得總流量。

更進一步地，本發明的方法還包括步驟(7)：等水位線有n根，則重復上述步驟(1)～(6)即可計算出n-1個結果，最終流量監測和計算結果取n-1個結果的平均值，從而減少計算誤差。

再進一步地，本發明還包括一可視化的電子計算機，在獲得所需總滲流量的同時，還可以在計算機屏幕上模擬地表以下的滲流場，直觀展現整個流場中各處的滲流路徑和大小，特別是當流量增大時，易于及時發現薄弱地帶，采取針對性措施。

本發明的有益之處在于：本發明的土石壩滲流量監測和計算的新方法具體為流場分析法，適用于深厚透水層上大壩的潛水層滲流場情況，包括了監測量確定、測點布置、測量手段以及成果計算方法的完整配套，徹底突破了傳統的截流集水測量方法無法在深厚透水層大壩上應用的難題，方法簡單且切實可行。

附圖說明

圖1是本發明的滲流量計算方法的原理示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。

名詞解釋：

(1)、測壓管：地下水位觀測設施。從地表向地層深處鉆孔，在孔中放置并固定可以透水的管子，從而在管內形成與管周地下水位持平的水柱，通過管口放下測量裝置測得管內水柱液面高程，即可得到對應的地下水位。