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摘要：渗流问题是土石坝安全的关键。自土石坝出世以来，其渗流问题日益显现，人们对其关注和研究也越来越多。本文论述了当今世界土石坝渗流研究和渗流控制理论的发展历程，并提出了渗流的控制措施，从渗流研究的理论方法、渗流控制手段等方面对我国土石坝渗流理论和技术的发展方向予以展望，对土石坝渗流问题进行总结并综述。
关键词：土石坝；渗流分析；渗流破坏；渗流控制
“哪里有土石坝哪里就有渗流”，渗流问题是土石坝安全的关键。渗流力学伴随着土石坝设计及其监控理论的发展来，土石坝的发展史也就是渗流理论和渗流控制理论的发展史。对于水利水电工程中最广泛的水库、坝堤等的安全问题，渗流破坏更为突出，在国内外的土石坝失事原因事例调查中占45%左右。大坝和堤防的防洪、灌溉、发电、供水、航运、旅游和改善生态等综合效益巨大，是我国社会经济的重要基础设施和全国防洪保安工程体系的重要组成部分。这些工程的安危与效益的兴衰，很大程度上依赖于水工渗流控制理论和技术及其应用的效果。
1、概述
土石坝是最普遍采用的一种坝型，截止目前，我国已建成各类水库83809座，其中坝型为土石坝的水库有83000余座这些水库在防洪、灌溉发电、城市供水、水产养殖及旅游诸方面发挥了巨大作用。但我国大部分土坝是在建国后的第一个五年计划（1953-1957年）和第二个五年计划（1958-1962年）大跃进时期以及十年“文革”期间修建，这些工程都是在“三边”（边勘测、边设计、边施工）工作方式下进行并完成吮特别是小型水库，更是在“四不清”（来水量、流域面积、库容、基础的地质情况均未调查清楚）就动工修建不少的工程虽然完成，但工程质量很差，“后遗症”很多，经过了近40年的运行，造成了大批的病险水库，其中水库渗漏问题最为严重据1981年的统计资料，241座大型水库发生的1000次事故中，由于渗流破坏而造成事故占总事故数的32%；从2391座水库失事分析，由于渗流、渗透破坏从而造成土坝垮塌的占29%。因此，对土石坝渗流稳定的研究显得刻不容缓。
2、土石坝渗流原因
由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孔隙，都具有一定的透水性，水库蓄水后，在水压力的作用下，水流必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、坝基和绕壩的渗漏。若渗流在设计控制之下，大坝任何部位的土体都不会产生渗透破坏，则为正常渗流，渗流量在规范许可的范围内，表现为稳定的渗流状态，一般不会对坝体造成较大的危害，此时渗流量一般较小，水质清澈透明，不含土壤颗粒。若渗流过大，且集中，水质混浊，则坝体或坝基产生了管涌、流土或接触冲刷等渗透破坏，这种影响水库蓄水兴利的渗流则为异常渗流。该种情况通常发生在水库水位骤降时，为非稳定渗流
土石坝渗漏就其渗漏部位而言，可以分成以下几个类型：一是坝体渗漏：浸润线从坝坡逸出；下游坝面出现集中渗漏；防渗墙或粘土心墙的渗漏；坝体裂缝渗漏；二是坝后地面渗漏：土石坝背坡坝后地面出现砂沸、泉涌、管涌或沼泽化是经常遇到的渗漏现象，其成因与地层的构造及未能采取有效的控制措施有关。
3、土石坝渗流分析方法的演变过程
1856年，法国工程师达西（H . Darcy）通过试验提出了土中渗流基本理论，为土石坝渗透理论的发展奠定了基础。达西理论的出现，使土石坝设计在20世纪的前半个世纪中在设计理论方而出现了六大突破。这充分表明了渗流问题的研究在土石坝建设中的重要地位。
土坝渗流计算方法可以概括为流体力学解法和水利学解法两类。流体力学解法是一种严格的解析法，它在满足定解条件下求解渗流基本方程，然后得到解的解析表达式。水力学解法是一种近似的解析法，它基于对土坝渗流做某些假定及对局部急变渗流区段应用流体力学解析解的某些成果而求得渗流问题的解答。因此，它并不适用于渗流基本方程的求解。
4、土石坝渗流破坏的主要形式
4.1坝体渗漏
土石坝产生坝体渗漏的表现形式有两种：
（1）在下游坝而出现渗水或散渗。
（2）在下游坝而出现集中渗漏。
渗水或散渗的产生是由于坝体渗透水量超过了允许范围或渗流溢出点太高，这种情况会导致下游坝而产生沼泽化，坝体浸润而抬高，坝坡土体的抗剪强度减小，坝体产生滑坡或滑塌的可能性大大增加。集中渗漏的产生是由于在坝体内有裂缝等薄弱层的存在，导致水库蓄水后在坝体内形成渗漏通道。施工时坝体分层碾压不充分，将比较容易导致坝体裂缝的产生。
4.2坝基渗漏
土石坝勘测时若遇坝基地质条件不佳，设计和施工时应采取必要的工程处理措施，如清基、换填、灌浆等。若设计、施工处理不当，清基不彻底或未采取必要的防渗措施，水库蓄水后，土石坝坝后地而及坝基容易产生膨胀、断裂和泡泉等渗漏现象，严重影响坝体的稳定性。
4.3绕坝渗漏
绕坝渗漏和坝基渗漏一样，也与地质条件有关。坝肩山体地质条件不佳，存在裂隙、断层或溶洞、坝岸接头处理措施不当等，均可能导致绕坝渗漏。绕坝渗漏即会影响坝肩山体的安全，同时也会对坝基和坝体产生连带影响。
5、结束语
渗流问题是土石坝安全的关键。渗流控制是土石坝建设的重中之重。在渗流控制措施上，随着渗流控制理论的发展，由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合的方向发展，这不仅使得工程的造价大幅下降，也使工程的安全性大幅的提高。坝体的防渗体的断而形式由原来的宽厚、臃肿变得小巧、精致，这不仅大大的减小了工程量，同时对施工质量的提高也有所改善。由于土石坝的结构简单、施工方便、适应变形能力高、应用管理方便等诸多优点，土石坝的发展将会有更广阔的前景。随之，渗流的控制理论和措施也会有更大的发展。保证建筑物及地基的渗透稳定以保安全是首要问题，对绝大部分工程而言，安全控制比渗流量控制更为重要。
参考文献：
[1]刘杰. 土石坝渗流控制理论的发展及实践[J]. 大坝与安全， 2014（1）：23-26.
[2]毛昶熙. 渗流计算分析与控制[M]. 中国水利水电出版社， 2003.
[3]顾慰慈. 渗流计算原理及应用[M]. 中国建材工业出版社， 2000.
[4]刘杰. 土石坝渗流破坏的原因及控制措施[J]. 水利水电技术， 2013（3）：13-19.
[5]汝乃华， 牛运光. 大坝事故与安全·土石坝[M]. 中国水利水电出版社， 2001.
[6]贺会团， 赵维炳. 土压力问题研究综述[J]. 水利与建筑工程学报， 2005（4）：12-16+34.
（作者单位：河海大学水利水电学院）
关键词：土石坝；渗流分析；渗流破坏；渗流控制
“哪里有土石坝哪里就有渗流”，渗流问题是土石坝安全的关键。渗流力学伴随着土石坝设计及其监控理论的发展来，土石坝的发展史也就是渗流理论和渗流控制理论的发展史。对于水利水电工程中最广泛的水库、坝堤等的安全问题，渗流破坏更为突出，在国内外的土石坝失事原因事例调查中占45%左右。大坝和堤防的防洪、灌溉、发电、供水、航运、旅游和改善生态等综合效益巨大，是我国社会经济的重要基础设施和全国防洪保安工程体系的重要组成部分。这些工程的安危与效益的兴衰，很大程度上依赖于水工渗流控制理论和技术及其应用的效果。
1、概述
土石坝是最普遍采用的一种坝型，截止目前，我国已建成各类水库83809座，其中坝型为土石坝的水库有83000余座这些水库在防洪、灌溉发电、城市供水、水产养殖及旅游诸方面发挥了巨大作用。但我国大部分土坝是在建国后的第一个五年计划（1953-1957年）和第二个五年计划（1958-1962年）大跃进时期以及十年“文革”期间修建，这些工程都是在“三边”（边勘测、边设计、边施工）工作方式下进行并完成吮特别是小型水库，更是在“四不清”（来水量、流域面积、库容、基础的地质情况均未调查清楚）就动工修建不少的工程虽然完成，但工程质量很差，“后遗症”很多，经过了近40年的运行，造成了大批的病险水库，其中水库渗漏问题最为严重据1981年的统计资料，241座大型水库发生的1000次事故中，由于渗流破坏而造成事故占总事故数的32%；从2391座水库失事分析，由于渗流、渗透破坏从而造成土坝垮塌的占29%。因此，对土石坝渗流稳定的研究显得刻不容缓。
2、土石坝渗流原因
由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孔隙，都具有一定的透水性，水库蓄水后，在水压力的作用下，水流必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、坝基和绕壩的渗漏。若渗流在设计控制之下，大坝任何部位的土体都不会产生渗透破坏，则为正常渗流，渗流量在规范许可的范围内，表现为稳定的渗流状态，一般不会对坝体造成较大的危害，此时渗流量一般较小，水质清澈透明，不含土壤颗粒。若渗流过大，且集中，水质混浊，则坝体或坝基产生了管涌、流土或接触冲刷等渗透破坏，这种影响水库蓄水兴利的渗流则为异常渗流。该种情况通常发生在水库水位骤降时，为非稳定渗流
土石坝渗漏就其渗漏部位而言，可以分成以下几个类型：一是坝体渗漏：浸润线从坝坡逸出；下游坝面出现集中渗漏；防渗墙或粘土心墙的渗漏；坝体裂缝渗漏；二是坝后地面渗漏：土石坝背坡坝后地面出现砂沸、泉涌、管涌或沼泽化是经常遇到的渗漏现象，其成因与地层的构造及未能采取有效的控制措施有关。
3、土石坝渗流分析方法的演变过程
1856年，法国工程师达西（H . Darcy）通过试验提出了土中渗流基本理论，为土石坝渗透理论的发展奠定了基础。达西理论的出现，使土石坝设计在20世纪的前半个世纪中在设计理论方而出现了六大突破。这充分表明了渗流问题的研究在土石坝建设中的重要地位。
土坝渗流计算方法可以概括为流体力学解法和水利学解法两类。流体力学解法是一种严格的解析法，它在满足定解条件下求解渗流基本方程，然后得到解的解析表达式。水力学解法是一种近似的解析法，它基于对土坝渗流做某些假定及对局部急变渗流区段应用流体力学解析解的某些成果而求得渗流问题的解答。因此，它并不适用于渗流基本方程的求解。
4、土石坝渗流破坏的主要形式
4.1坝体渗漏
土石坝产生坝体渗漏的表现形式有两种：
（1）在下游坝而出现渗水或散渗。
（2）在下游坝而出现集中渗漏。
渗水或散渗的产生是由于坝体渗透水量超过了允许范围或渗流溢出点太高，这种情况会导致下游坝而产生沼泽化，坝体浸润而抬高，坝坡土体的抗剪强度减小，坝体产生滑坡或滑塌的可能性大大增加。集中渗漏的产生是由于在坝体内有裂缝等薄弱层的存在，导致水库蓄水后在坝体内形成渗漏通道。施工时坝体分层碾压不充分，将比较容易导致坝体裂缝的产生。
4.2坝基渗漏
土石坝勘测时若遇坝基地质条件不佳，设计和施工时应采取必要的工程处理措施，如清基、换填、灌浆等。若设计、施工处理不当，清基不彻底或未采取必要的防渗措施，水库蓄水后，土石坝坝后地而及坝基容易产生膨胀、断裂和泡泉等渗漏现象，严重影响坝体的稳定性。
4.3绕坝渗漏
绕坝渗漏和坝基渗漏一样，也与地质条件有关。坝肩山体地质条件不佳，存在裂隙、断层或溶洞、坝岸接头处理措施不当等，均可能导致绕坝渗漏。绕坝渗漏即会影响坝肩山体的安全，同时也会对坝基和坝体产生连带影响。
5、结束语
渗流问题是土石坝安全的关键。渗流控制是土石坝建设的重中之重。在渗流控制措施上，随着渗流控制理论的发展，由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合的方向发展，这不仅使得工程的造价大幅下降，也使工程的安全性大幅的提高。坝体的防渗体的断而形式由原来的宽厚、臃肿变得小巧、精致，这不仅大大的减小了工程量，同时对施工质量的提高也有所改善。由于土石坝的结构简单、施工方便、适应变形能力高、应用管理方便等诸多优点，土石坝的发展将会有更广阔的前景。随之，渗流的控制理论和措施也会有更大的发展。保证建筑物及地基的渗透稳定以保安全是首要问题，对绝大部分工程而言，安全控制比渗流量控制更为重要。
参考文献：
[1]刘杰. 土石坝渗流控制理论的发展及实践[J]. 大坝与安全， 2014（1）：23-26.
[2]毛昶熙. 渗流计算分析与控制[M]. 中国水利水电出版社， 2003.
[3]顾慰慈. 渗流计算原理及应用[M]. 中国建材工业出版社， 2000.
[4]刘杰. 土石坝渗流破坏的原因及控制措施[J]. 水利水电技术， 2013（3）：13-19.
[5]汝乃华， 牛运光. 大坝事故与安全·土石坝[M]. 中国水利水电出版社， 2001.
[6]贺会团， 赵维炳. 土压力问题研究综述[J]. 水利与建筑工程学报， 2005（4）：12-16+34.
（作者单位：河海大学水利水电学院）