土石坝裂缝成因分析

土石坝裂缝成因分析

土石水库是世界上最常见、发展最快的水库类型。由于它成本低、建设速度快，能够适应各种地形、地质和气候条件，土石水库在中国得到了广泛应用和发展。但是由于设计、施工不当等诸多原因,我国现有的一些水库工程存在着不同程度的质量问题,这些工程威胁着广大人民群众的生命财产安全和国民经济的发展。1裂缝体表面裂缝主要分为3个裂缝土石坝坝体按裂缝产生的原因可分为不均匀沉降裂缝、滑坡裂缝、干缩裂缝、冻融裂缝以及水力劈裂裂缝。反映在坝体上可表现为纵向裂缝、横向裂缝、不规则裂缝以及内外部裂缝等。1.1不均匀沉降和裂缝在所有各种裂缝类型中,以不均匀沉降裂缝占的比重大,在坝体上表现为横向裂缝、纵向裂缝、内部裂缝。1.1.1裂缝成因的分析贯穿上下游的横向裂缝危害较大,它是集中渗漏的隐蔽通道,如果抢救不及时,有可能危及大坝安全。横向裂缝产生的原因:一是坝体和岸坡或刚性建筑物结合不好,碾压不密实,产生不均匀沉降,致使该区域的拉应变超过土体的极限拉应变,从而产生横向裂缝;二是当坝体内埋设较大直径的输水建筑物,建筑物顶部与两侧的坝体填土高度不同,则可能会产生较大的沉陷差,致使在相应部位的坝顶产生裂缝;三是坝基局部有压缩性大的土层,受荷载后,压缩性较大,致使坝体产生不均匀沉降裂缝;四是坝体分段施工时,各坝段结合处坡度太陡、填筑高差太大、碾压密实程度不同,而产生不均匀沉降裂缝。1.1.2坝安全危险点纵向裂缝多出现在坝顶或上游坝肩附近。斜墙、心墙或多种土质坝,主要出现在防渗体与坝壳的结合部位附近。纵向裂缝一般不会引起防渗体的渗漏,对大坝安全不会带来很大的危险。纵向裂缝产生的原因:一是坝体分区分块施工的纵向结合面的坡度过陡,或坝身上下游碾压不均匀,或各分块施工进度不一致,填筑高差大,土料性质有差异,当水库初次蓄水时,上游坝壳湿陷引起裂缝;二是在心墙坝、多种土质坝中,若碾压较差,在荷载作用下心墙土料的固结比较慢,坝壳土料的沉降速度比心墙快,在坝顶部出现拉应力区产生裂缝,斜墙坝的土料如压实不足,上部和下部沉降不均匀,都可使斜墙断裂,形成纵向裂缝。1.1.3要重视道德教育的重要性土石坝内部裂缝很难从坝体表面迹象判断出来。如果裂缝不是沿渗流方向呈贯通性的,一般不会造成防渗体破坏,对大坝安全没有大的影响。但是如果裂缝贯穿上下游,形成漏水通道,则危害性极大,因此必须予以重视,要认真仔细地观测。内部裂缝产生的原因:一是采用压缩性较大的黏土填筑的窄心墙,因为其心墙的压缩性比上下游两侧坝壳砂砾料大,当心墙下部沉降,而其上部则可能挤在上游坝壳之间,由剪应力和拱的作用被传递到坝壳,以致将心墙拉裂,形成内部裂缝;二是坝体内部刚性建筑物的压缩性比其周围河床冲积层或坝体填土小得多,就会产生不均匀沉陷,导致坝体与刚性建筑物相邻部位开裂;三是由于坝基局部有高压缩性土层,其沉陷量过大,使坝体底部产生较大的拉应变,而引起内部裂缝。1.2滑坡裂缝成因滑坡裂缝反映在坝体上一般表现为纵向裂缝,即走向大体与坝轴线平行,在坝顶和坝坡上均可能发生。滑坡裂缝产生的原因:坝基或坝体有软黏土层;坝基坝体防渗措施不合理或防渗措施失效,致使坝体浸润线抬高,孔隙水压力增大;施工速度快,孔隙水压力未能及时消散等原因造成土体抗剪强度降低,以及在水库运行中,若库水位下降较快,坝坡土体排水较慢,形成较大的反向渗透力。1.3气候的影响干缩裂缝和冻融裂缝只发生在填土表面,裂缝细而浅,它的产生主要受气候的影响。当坝体土料含黏粒量较高,含水量较大,在施工期间,坝面保护层或护坡垫层未能及时跟上,坝面碾压后暴露时间过长,若天气炎热或寒冷,表面土层含水量就会迅速蒸发或土层迅速冻结而产生裂缝。1.4心墙内铅直向压力水力劈裂裂缝是薄心墙坝容易产生的裂缝,因为心墙的压缩量大,而又受到坝壳的拱作用不能正常压缩,致使心墙中的铅直向压力因坝壳的拱作用而减小到小于库水压力。因此,水库蓄水后心墙中就会产生贯通上下游的水平裂缝。由于裂缝是水压力产生的,裂缝的产生和水压力的增加呈同步,因而多伴随着心墙的渗透破坏,对大坝的安全威胁很大。2砂坝裂缝防治为了防止土石坝产生裂缝,应加强设计、施工和运行管理这些根本措施,严格执行土石坝设计、施工、管理运行等规范、规程。2.1坝坡、坝身及坝身土料的选择一是要重视坝基处理。对不利的岸坡地形、软弱、高压缩性、易液化的坝基土层,均应按规范要求进行必要的处理,以避免过大的不均匀沉降以及水力劈裂冲蚀。二是坝坡不能过陡。要通过各种工况的稳定计算来确定坝坡。三是坝身土料的选择。对于防渗体而言,要针对不同类型的防渗体,以及防渗体的不同部位选用不同的土料。坝壳料要采用粒粗质坚、易于压实的砂砾、卵石、堆石,尽量减小其中细粒及泥质含量。四是采用黏土心墙、斜墙或混合材料的坝型,为了避免不同材料不均匀沉陷造成的裂缝,应从坝的结构设计考虑,在不同材料中间必须设置过渡带,以减少相邻两种材料的沉陷差。2.2坝体施工应提前设定在坝体中下部宜提高压实度,减小压缩性;河槽坝段中、上部的压实度也宜比两岸坝段稍高;两岸坝肩等易开裂区的防渗体宜填筑柔性较大,适应变形能力较强的塑性土。心墙、斜墙上部,或易于开裂的部位,其填筑速度可适当放缓,以使下部坝体有比较充分的时间达到预期的沉降量。当上游坝壳料易于湿陷时,宜边填筑边蓄水。心墙坝的心墙、过渡段和坝壳三者上升的高度不宜相差悬殊。斜墙坝的下游坝壳则宜提前填筑,使沉降早日完成。在冬季填筑坝体时,防止大量冻土块填入坝体。已填筑压实的坝体应避免土层冻结,特别是在心墙和斜墙部位,如填土已冻结则必须挖除,在填筑的土料中严禁夹有冰雪。严格控制碾压质量和土料含水量。坝体碾压时,不要漏压,防止沉陷量加大;不要过压,避免土层产生剪切破坏,不利于坝坡稳定。土料含水量较大则不宜压实,抗剪强度降低,容易产生裂缝,甚至滑坡。水中倒土坝填筑期间,应密切观测孔隙水压力的消散情况,校核坝坡的稳定。如孔隙水压力消散较慢,应减缓填筑速度。如已发现坝面有裂缝或坝脚有隆起现象时,应及时停止填筑,查明原因,进行处理后,再根据具体情况,控制填筑速度。为防止干缩和冻融裂缝,在坝体施工过程中,应随时做好黏土的保护层,既可防止土料含水量迅速蒸发,又可避免越冬时土层冻结。运行期,特别是初次蓄水时,水位的升降速度不宜过快,以免坝体各部位的变形来不及调整,互不协调,产生高应力,同时避免出现水力劈裂。坝面上不得堆存大量料物,特别是上下游马道上,以免造成裂缝滑坡。3坝体裂缝处理土石坝裂缝的处理,一般规定:纵向裂缝宽大度小于1cm,深度小于1m的较短纵缝,只要不与横缝联通,在防渗上无问题,且对坝体整体性和横断面传力影响也不大,可以不必翻修,但要进行封闭,以防止雨水侵入,减小土体的抗剪强度。对裂缝宽度大于1cm,缝深大于1m的纵向裂缝,破坏了坝体横断面的整体稳定性和增加局部断面内部应力,且缝内浸入雨水,降低土体抗剪强度,对坝坡稳定不利,则应进行处理。横向和内部裂缝在渗漏上危害很大,对坝体整体性也有较大影响,因此无论裂缝大小均应进行处理。对裂缝的处理,要先查明其性状,分析其原因,根据其危害程度,分别采取不同的处理措施。对于表面裂缝,先用砂土填塞,再以低塑性黏