堤壩滲漏探測(cè)示蹤新理論與技術(shù)研究

前言

我國(guó)現(xiàn)有的很多大壩與河堤都不同程度地存在各種病險(xiǎn)隱患，而滲漏是隱患發(fā)生的主要原因，不僅使堤壩運(yùn)行存在安全隱患，而且還浪費(fèi)了寶貴的水資源，因此探測(cè)堤壩的滲漏通道與滲流場(chǎng)成為一項(xiàng)非常重要的工作。目前判斷堤壩滲漏的方法主要是通過(guò)堤壩后的揚(yáng)壓力觀測(cè)，也有采用地球物理勘探方法的，這些間接的測(cè)量方法在很多情況下具有多解性。很多堤壩滲漏加固工程表明，不采用示蹤方法是很難將堤壩的滲漏通道查清楚的。作者多年從事堤壩滲漏調(diào)查，曾經(jīng)嘗試過(guò)使用多種技術(shù)探測(cè)堤壩滲漏，成功的經(jīng)驗(yàn)表明人工與天然示蹤的方法在探測(cè)堤壩滲漏方面有獨(dú)特的效果。作者曾經(jīng)在國(guó)際著名堤壩滲漏探測(cè)專家Plata Bademar和Drost教授的實(shí)驗(yàn)室做過(guò)訪問(wèn)學(xué)者，兩位大師對(duì)于堤壩滲漏探測(cè)的理念使我們受益匪淺。在這些前輩的啟迪下，我們將堤壩滲流探測(cè)的理論進(jìn)行了一些深化，將利用溫度場(chǎng)測(cè)定滲漏的方法發(fā)展成為熱源法，從而定量或半定量地研究堤壩滲漏，并反演出滲流參數(shù)；將天然示蹤與人工示蹤方法結(jié)合，對(duì)堤壩集中滲漏的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。利用鉆孔中地下水溫度進(jìn)行滲漏分析在探測(cè)堤壩滲漏方面具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，可以探測(cè)出鉆孔沒(méi)有揭露的強(qiáng)滲漏區(qū)域。鉆孔中進(jìn)行的所有水力學(xué)方面的試驗(yàn)都與周圍的介質(zhì)的滲透性關(guān)系密切，如果鉆孔沒(méi)有直接揭露基巖中的強(qiáng)滲漏的斷層或溶洞，孔中進(jìn)行試驗(yàn)就不能夠真實(shí)地反映出實(shí)際問(wèn)題，而熱源法恰好可以補(bǔ)充這方面的不足，不但可以通過(guò)溫度場(chǎng)異常來(lái)判定鉆孔周圍是否存在滲漏，而且可以定量計(jì)算滲漏量等參數(shù)。在鉆孔中投放示蹤劑測(cè)定地下水滲透流速的方法簡(jiǎn)單易行，具有很好的使用前景，但是該方法對(duì)使用條件的限定使這種優(yōu)勢(shì)性很強(qiáng)的方法很難推廣到廣泛的領(lǐng)域中。德國(guó)發(fā)展起來(lái)的采用兩個(gè)止水塞的測(cè)量技術(shù)在一定程度上減少了垂向流的影響，但由于儀器制造復(fù)雜。

內(nèi)容概要

　　《堤壩滲漏探測(cè)示蹤新理論與技術(shù)研究》系統(tǒng)論述了利用天然示蹤和人工示蹤調(diào)查堤壩滲流的理論和方法，探討了堤壩集中滲漏通道的形成機(jī)理。全書共分九章，包括總論、堤壩建設(shè)各階段滲漏研究、滲流研究常規(guī)方法、溫度示蹤方法、環(huán)境同位素示蹤及水化學(xué)方法、人工示蹤方法、示蹤方法測(cè)定裂隙巖體滲透性、堤壩管涌和接觸沖刷破壞機(jī)理、水庫(kù)內(nèi)部的滲漏試驗(yàn)。《堤壩滲漏探測(cè)示蹤新理論與技術(shù)研究》重視理論與工程實(shí)踐的結(jié)合，通過(guò)大量工程實(shí)例檢驗(yàn)理論的可靠性?！　　兜虊螡B漏探測(cè)示蹤新理論與技術(shù)研究》可供水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、水利水電工程、地下水勘察等專業(yè)科技人員參考，以及大專院校有關(guān)專業(yè)師生使用。

書籍目錄

前言第一章 總論1.1 背景和意義1.1.1 水庫(kù)滲漏與大壩安全1.1.2 滲漏與滲流的調(diào)查1.1.3 研究大壩滲漏的本質(zhì)和目標(biāo)1.2 天然示蹤方法研究現(xiàn)狀1.2.1 環(huán)境同位素示蹤方法1.2.2 溫度示蹤方法研究堤壩滲漏1.3 人工示蹤方法研究進(jìn)展1.4 堤壩滲漏破壞機(jī)理研究主要參考文獻(xiàn)第二章 堤壩建設(shè)各階段滲漏研究2.1 引言2.2 可物性階段的研究2.2.1 基本常識(shí)2.2.2 一般建議2.2.3 滲漏風(fēng)險(xiǎn)2.2.4 一些常見技術(shù)和方法2.3 在水庫(kù)的最初蓄水階段的研究2.3.1 概述2.3.2 水量平衡2.3.3 測(cè)壓管水位的進(jìn)一步研究2.3.4 孔中流速的進(jìn)一步研究2.3.5 對(duì)流量的進(jìn)一步研究2.3.6 通過(guò)巖層的破碎和溶洞研究水的滲漏2.3.7 壩下滲流2.4 滲漏出現(xiàn)后的調(diào)查研究2.5 水庫(kù)與當(dāng)?shù)睾畬拥年P(guān)系主要參考文獻(xiàn)第三章 滲流研究常規(guī)方法3.1 引言3.2 水量平衡原理與水壓力3.2.1 水庫(kù)的水量平衡3.2.2 庫(kù)水位的影響3.2.3 水位壓力的研究3.3 鉆孔中測(cè)定滲透系數(shù)3.3.1 注水試驗(yàn)3.3.2 呂容試驗(yàn)3.3.3 分段壓水試驗(yàn)3.3.4 抽水試驗(yàn)3.3.5 測(cè)量有效孔隙度試驗(yàn)3.4 地球物理學(xué)方法3.4.1 概述3.4.2 地表面探測(cè)技術(shù)3.4.3 地球表面測(cè)井技術(shù)主要參考文獻(xiàn)第四章 溫度示蹤方法4.1 庫(kù)水溫度分布4.2 溫度信息解析4.3 堤壩管涌滲漏持續(xù)線熱源模型4.3.1 模型的建立4.3.2 熱源強(qiáng)度的確定4.3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例4.4 堤壩滲漏流速虛擬熱源法模型4.4.1 模型的建立4.4.2 計(jì)算方法4.4.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例4.5 根據(jù)能量守恒原理計(jì)算堤壩滲漏量4.5.1 模型的建立4.5.2 根據(jù)溫度分布曲線推測(cè)滲漏范圍4.5.3 陡河水庫(kù)左壩肩滲漏應(yīng)用實(shí)例4.6 溫度探測(cè)土壩圓柱狀集中滲漏模型4.6.1 滲漏土體熱傳導(dǎo)模型4.6.2 模型求解4.6.3 工程應(yīng)用修正4.6.4 工程實(shí)例主要參考文獻(xiàn)第五章 環(huán)境同位素示蹤及水化學(xué)方法5.1 環(huán)境同位素示蹤5.1.1 環(huán)境同位素的表示方法5.1.2 環(huán)境同位素的取樣要求5.1.3 穩(wěn)定同位素5.1.4 放射性同位素5.2 水化學(xué)分析5.2.1 概述5.2.2 水的主要化學(xué)成分5.2.3 化學(xué)分析的評(píng)價(jià)5.2.4 離子的常見濃度與來(lái)源5.2.5 礦物的溶解5.2.6 應(yīng)用5.3 電導(dǎo)5.3.1 基本理論5.3.2 應(yīng)用5.4 水庫(kù)、堤防的應(yīng)用實(shí)例5.4.1 應(yīng)用環(huán)境同位素和水化學(xué)推測(cè)北江大堤深層集中滲漏通道5.4.2 應(yīng)用水化學(xué)和環(huán)境同位素分析江都運(yùn)河的滲漏狀況5.4.3 天然示蹤方法探測(cè)小浪底繞壩滲漏通道主要參考文獻(xiàn)第六章 人工示蹤方法6.1 引言6.2 示蹤劑的選擇6.3 測(cè)定水平地下水流速的點(diǎn)稀釋技術(shù)6.3.1 測(cè)量原理6.3.2 流場(chǎng)畸變校正系數(shù)6.3.3 實(shí)驗(yàn)方法6.3.4 點(diǎn)稀釋法的限制6.4 廣義稀釋模型6.4.1 廣義稀釋物理模型6.4.2 稀釋法測(cè)定滲透流速適用條件6.4.3 稀釋法測(cè)速方法的探討6.4.4 誤差分析6.4.5 北江大堤示蹤探測(cè)實(shí)例分析6.4.6 廣義稀釋定理再推導(dǎo)6.5 全孔標(biāo)注水柱法6.5.1 實(shí)驗(yàn)方法6.5.2 實(shí)驗(yàn)孔要求6.5.3 示蹤劑注入技術(shù)6.5.4 成果解釋6.6 垂向流測(cè)量6.6.1 概述6.6.2 使用示蹤劑測(cè)量技術(shù)6.6.3 使用標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量6.7 地下水流向的確定6.7.1 流向測(cè)量的原理6.7.2 測(cè)定地下水流向的裝置6.7.3 流向測(cè)量中的異?，F(xiàn)象6.8 滲透系數(shù)的確定6.9 工程實(shí)例主要參考文獻(xiàn)第七章 示蹤方法測(cè)定裂隙巖體滲透性7.1 單孔示蹤測(cè)定裂隙巖體滲透性7.1.1 概述7.1.2 單孔同位素示蹤法探測(cè)裂隙巖體滲流場(chǎng)基本原理7.1.3 多裂隙含水層穩(wěn)定流混合井流理論7.1.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7.2 裂隙巖體滲流場(chǎng)雙井模型7.2.1 雙井模型7.2.2 鉆孔與裂隙平行(斜交)條件下的雙井模型7.2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7.3 雙孔二維裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流計(jì)算7.3.1 交叉裂隙(含水層)系統(tǒng)混合井流理論7.3.2 復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算7.3.3 水頭損失與誤差分析7.3.4 試驗(yàn)算例主要參考文獻(xiàn)第八章 堤壩管涌和接觸沖刷破壞機(jī)理8.1 無(wú)黏性土的滲透破壞8.1.1 無(wú)黏性土的滲透系數(shù)的確定8.1.2 無(wú)黏性土顆粒組成的類型與分類8.1.3 無(wú)黏性土的滲透破壞形式8.1.4 滲透變形的判別8.1.5 管涌臨界坡降及臨界速度8.2 管涌滲透破壞形成集中滲漏通道的模型8.2.1 模型的建立8.2.2 管涌發(fā)生后的水力坡降和滲透系數(shù)8.2.3 算例分析8.2.4 工程實(shí)例分析8.3 接觸沖刷滲透破壞形成集中滲漏通道的模型8.3.1 模型的建立8.3.2 算例分析8.3.3 工程實(shí)例分析主要參考文獻(xiàn)第九章 水庫(kù)內(nèi)部的滲漏試驗(yàn)9.1 引言9.2 利用漂浮指示物9.3 庫(kù)水跟蹤法主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：假如在水庫(kù)剛蓄水時(shí)，在壩后有大量的水體開始涌出，并且證明這些水是來(lái)自于庫(kù)水，則需要采用示蹤試驗(yàn)調(diào)查水的滲漏是否發(fā)生在離壩的不遠(yuǎn)處，所得到的資料可用于評(píng)價(jià)壩下滲漏的危險(xiǎn)程度。顯然，這種滲漏帶來(lái)的危險(xiǎn)程度取決于水的滲透流速、滲漏模式以及與壩間的距離。在這種情況下，在離壩的不遠(yuǎn)處注入合適的示蹤劑（例如熒光示蹤劑），并且在泉水中測(cè)出示蹤劑的變化曲線。示蹤劑應(yīng)在離庫(kù)底的不遠(yuǎn)處（例如離庫(kù)底5m）注入，依據(jù)壩的長(zhǎng)度，需要在幾個(gè)點(diǎn)注入示蹤劑，以使示蹤劑覆蓋整個(gè)區(qū)域。如果壩特別長(zhǎng)，水庫(kù)的滲漏區(qū)域很可能在泉所對(duì)應(yīng)的位置，此時(shí)建議在這個(gè)位置注入示蹤劑。在某些情況下，縱向注入示蹤劑是有好處的，示蹤劑在沿著壩軸線方向并與庫(kù)底保持幾米遠(yuǎn)的距離，以排除不必要的稀釋。如果滲漏流速較小，則前面的試驗(yàn)可能會(huì)得到否定的答案，因?yàn)樽⑷氲拇蠖鄶?shù)示蹤劑都被庫(kù)水的自然流動(dòng)帶到不同的滲漏區(qū)域。在這種情況下，可利用帶孔的示蹤劑注入管安放在壩上游不遠(yuǎn)處的庫(kù)底。這些管子進(jìn)入地層的長(zhǎng)度只能是4m或5m，管子的外徑可以為50mm甚至更小，可通過(guò)小直徑（如10mm）塑料管連接到庫(kù)水表面。顯然，在庫(kù)水較低或水庫(kù)放空時(shí)很容易安裝這種管子。如果帶孔的管子安裝的位置就是滲漏發(fā)生的地方，則在孔中將會(huì)出現(xiàn)垂向流，通過(guò)將塑料管的上部末端露出水上就可探測(cè)到。若壩下巖層的滲透特性導(dǎo)致壩基下的滲流存在很大的危險(xiǎn)性時(shí)，可以直接應(yīng)用上面的探測(cè)技術(shù)。當(dāng)壩基是一層較厚的沖積材料時(shí)，這種帶孔的管子可在水庫(kù)第一次蓄水前進(jìn)行安裝，示蹤劑仍同以前的一樣將會(huì)出現(xiàn)在下游的泉水中，這項(xiàng)試驗(yàn)可在不同的庫(kù)水位下重復(fù)進(jìn)行多次，得到的結(jié)果就可用來(lái)定出滲漏位置。如果在壩下探測(cè)到大的滲流，就可以從壩頂鉆孔探測(cè)到引起這一滲漏的地層厚度，鉆孔可深入到壩基下的不滲漏性巖層，然后應(yīng)用人工示蹤對(duì)整個(gè)水柱進(jìn)行標(biāo)注的方法來(lái)探測(cè)這一強(qiáng)滲漏地層。

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《堤壩滲漏探測(cè)示蹤新理論與技術(shù)研究》是由科學(xué)出版社出版的。

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