堤壩滲漏探測示蹤新理論與技術(shù)研究

前言

我國現(xiàn)有的很多大壩與河堤都不同程度地存在各種病險隱患，而滲漏是隱患發(fā)生的主要原因，不僅使堤壩運行存在安全隱患，而且還浪費了寶貴的水資源，因此探測堤壩的滲漏通道與滲流場成為一項非常重要的工作。目前判斷堤壩滲漏的方法主要是通過堤壩后的揚壓力觀測，也有采用地球物理勘探方法的，這些間接的測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)嘗試過使用多種技術(shù)探測堤壩滲漏，成功的經(jīng)驗表明人工與天然示蹤的方法在探測堤壩滲漏方面有獨特的效果。作者曾經(jīng)在國際著名堤壩滲漏探測專家Plata Bademar和Drost教授的實驗室做過訪問學(xué)者，兩位大師對于堤壩滲漏探測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的理論進(jìn)行了一些深化，將利用溫度場測定滲漏的方法發(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)行滲漏分析在探測堤壩滲漏方面具有獨到的優(yōu)點，可以探測出鉆孔沒有揭露的強(qiáng)滲漏區(qū)域。鉆孔中進(jìn)行的所有水力學(xué)方面的試驗都與周圍的介質(zhì)的滲透性關(guān)系密切，如果鉆孔沒有直接揭露基巖中的強(qiáng)滲漏的斷層或溶洞，孔中進(jìn)行試驗就不能夠真實地反映出實際問題，而熱源法恰好可以補(bǔ)充這方面的不足，不但可以通過溫度場異常來判定鉆孔周圍是否存在滲漏，而且可以定量計算滲漏量等參數(shù)。在鉆孔中投放示蹤劑測定地下水滲透流速的方法簡單易行，具有很好的使用前景，但是該方法對使用條件的限定使這種優(yōu)勢性很強(qiáng)的方法很難推廣到廣泛的領(lǐng)域中。德國發(fā)展起來的采用兩個止水塞的測量技術(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、示蹤方法測定裂隙巖體滲透性、堤壩管涌和接觸沖刷破壞機(jī)理、水庫內(nèi)部的滲漏試驗?！兜虊螡B漏探測示蹤新理論與技術(shù)研究》重視理論與工程實踐的結(jié)合，通過大量工程實例檢驗理論的可靠性?！　　兜虊螡B漏探測示蹤新理論與技術(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2.2.2 一般建議2.2.3 滲漏風(fēng)險2.2.4 一些常見技術(shù)和方法2.3 在水庫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 對流量的進(jìn)一步研究2.3.6 通過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 水庫的水量平衡3.2.2 庫水位的影響3.2.3 水位壓力的研究3.3 鉆孔中測定滲透系數(shù)3.3.1 注水試驗3.3.2 呂容試驗3.3.3 分段壓水試驗3.3.4 抽水試驗3.3.5 測量有效孔隙度試驗3.4 地球物理學(xué)方法3.4.1 概述3.4.2 地表面探測技術(shù)3.4.3 地球表面測井技術(shù)主要參考文獻(xiàn)第四章 溫度示蹤方法4.1 庫水溫度分布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)場實例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 計算方法4.4.3 現(xiàn)場實例4.5 根據(jù)能量守恒原理計算堤壩滲漏量4.5.1 模型的建立4.5.2 根據(jù)溫度分布曲線推測滲漏范圍4.5.3 陡河水庫左壩肩滲漏應(yīng)用實例4.6 溫度探測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)分析的評價5.2.4 離子的常見濃度與來源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、堤防的應(yīng)用實例5.4.1 應(yīng)用環(huán)境同位素和水化學(xué)推測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河的滲漏狀況5.4.3 天然示蹤方法探測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 測定水平地下水流速的點稀釋技術(shù)6.3.1 測量原理6.3.2 流場畸變校正系數(shù)6.3.3 實驗方法6.3.4 點稀釋法的限制6.4 廣義稀釋模型6.4.1 廣義稀釋物理模型6.4.2 稀釋法測定滲透流速適用條件6.4.3 稀釋法測速方法的探討6.4.4 誤差分析6.4.5 北江大堤示蹤探測實例分析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 實驗方法6.5.2 實驗孔要求6.5.3 示蹤劑注入技術(shù)6.5.4 成果解釋6.6 垂向流測量6.6.1 概述6.6.2 使用示蹤劑測量技術(shù)6.6.3 使用標(biāo)準(zhǔn)儀器測量6.7 地下水流向的確定6.7.1 流向測量的原理6.7.2 測定地下水流向的裝置6.7.3 流向測量中的異常現(xiàn)象6.8 滲透系數(shù)的確定6.9 工程實例主要參考文獻(xiàn)第七章 示蹤方法測定裂隙巖體滲透性7.1 單孔示蹤測定裂隙巖體滲透性7.1.1 概述7.1.2 單孔同位素示蹤法探測裂隙巖體滲流場基本原理7.1.3 多裂隙含水層穩(wěn)定流混合井流理論7.1.4 現(xiàn)場試驗7.2 裂隙巖體滲流場雙井模型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)場試驗7.3 雙孔二維裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流計算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)計算7.3.3 水頭損失與誤差分析7.3.4 試驗算例主要參考文獻(xiàn)第八章 堤壩管涌和接觸沖刷破壞機(jī)理8.1 無黏性土的滲透破壞8.1.1 無黏性土的滲透系數(shù)的確定8.1.2 無黏性土顆粒組成的類型與分類8.1.3 無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 工程實例分析主要參考文獻(xiàn)第九章 水庫內(nèi)部的滲漏試驗9.1 引言9.2 利用漂浮指示物9.3 庫水跟蹤法主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：假如在水庫剛蓄水時，在壩后有大量的水體開始涌出，并且證明這些水是來自于庫水，則需要采用示蹤試驗調(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價壩下滲漏的危險程度。顯然，這種滲漏帶來的危險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），并且在泉水中測出示蹤劑的變化曲線。示蹤劑應(yīng)在離庫底的不遠(yuǎn)處（例如離庫底5m）注入，依據(jù)壩的長度，需要在幾個點注入示蹤劑，以使示蹤劑覆蓋整個區(qū)域。如果壩特別長，水庫的滲漏區(qū)域很可能在泉所對應(yīng)的位置，此時建議在這個位置注入示蹤劑。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，則前面的試驗可能會得到否定的答案，因為注入的大多數(shù)示蹤劑都被庫水的自然流動帶到不同的滲漏區(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)處的庫底。這些管子進(jìn)入地層的長度只能是4m或5m，管子的外徑可以為50mm甚至更小，可通過小直徑（如10mm）塑料管連接到庫水表面。顯然，在庫水較低或水庫放空時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，則在孔中將會出現(xiàn)垂向流，通過將塑料管的上部末端露出水上就可探測到。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性時，可以直接應(yīng)用上面的探測技術(shù)。當(dāng)壩基是一層較厚的沖積材料時，這種帶孔的管子可在水庫第一次蓄水前進(jìn)行安裝，示蹤劑仍同以前的一樣將會出現(xiàn)在下游的泉水中，這項試驗可在不同的庫水位下重復(fù)進(jìn)行多次，得到的結(jié)果就可用來定出滲漏位置。如果在壩下探測到大的滲流，就可以從壩頂鉆孔探測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)用人工示蹤對整個水柱進(jìn)行標(biāo)注的方法來探測這一強(qiáng)滲漏地層。

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

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