一种土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法与流程

1.本发明涉及一种水工建筑物的安全评价方法，具体涉及一种土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法。


背景技术：

2.土石坝在长期运行后常出现渗流安全隐患，针对大中型水库土石坝此类隐患的除险加固措施通常是在坝体内部增设混凝土防渗墙，以防止坝体或坝基发生渗透破坏影响大坝运行安全。但部分水库在除险加固运行3～5年后坝顶即出现裂缝，且裂缝存在一定的发展变化趋势，在不明确裂缝成因及影响的情况下，水库管理单位往往采用降低水位的方式减小水库运行风险，影响了水库效益的正常发挥。目前针对此类裂缝常采用坑探揭露的有损方法，由于不明确裂缝空间范围特征，从而造成坑探作业点多，对大坝的破坏范围广，并且还不能全面掌握裂缝的发育特征；cn 102944195 a提供了示踪剂与地质雷达的一种裂缝深度的检测方法，但由于示踪剂流向有限，并且地质雷达对示踪剂的识别能力和探测深度有限，难以可靠地判断出裂缝的深度及走向。
3.此外，裂缝的深度、宽度以及走向可以作为评价裂缝当前状态的参量，但难以判断出裂缝的发展态势及当前的稳定安全性，当前还缺乏评价裂缝发生的成因及对大坝结构、渗流及防洪安全等的影响的评价方法。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中混凝土防渗墙加固的土石坝坝顶裂缝检测和评价的不足，本发明提供一种土石坝坝顶裂缝检测及评价方法，可对大坝裂缝进行高效、精确以及全面的检测和评价。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，包括以下步骤：
7.s1、对裂缝发育空间位置进行地质雷达普查与详查检测；
8.沿混凝土防渗墙的上游、顶部、下游平行布置3～5条探地雷达测线，分别获得不同位置的探地雷达普查的图像，根据图像剖面上雷达波同相轴的缺失、变形及强反射等特征圈定出异常区范围；
9.对划定的异常区按照1～3m的测线间距布置多条横向地质雷达测线，分别获得不同位置的探地雷达详查的图像，根据图像剖面上雷达波同相轴的缺失、变形及强反射等特征划分为坑探区、损伤区、正常区；
10.所述坑探区是指雷达波同相轴缺失严重的区域，该区域需要进行坑探开挖验证；
11.所述探地雷达是采用双频同步发射及接收的设备，一次测量可同时获得两种频率的雷达信号；
12.所述普查的雷达波中心频率为400mhz；
13.所述详查的雷达波中心频率为800mhz。
14.s2、对裂缝发育深度及止水设施进行完好性探坑检测；
15.根据地质雷达的探测成果，选择3～5处坑探区实施开挖验证，向揭露的裂缝内灌注石灰水，待石灰水干燥后，在灌注位置挖坑，探坑大小以能全部揭露防渗墙头墙，并向防渗墙头墙的上、下游侧各延申0.2～0.5m，深度一般挖至石灰水灌注的最底部，当石灰水延申深度小于防渗墙头墙深度时，挖至防渗墙头墙的顶部；
16.从坝顶向下量取石灰水灌注深度，即为裂缝发育深度；
17.测量防渗墙头墙与防浪墙底板间接缝的开度及错台高度，同时检查止水设施的完好性；
18.针对开挖揭露的新回填土层开展物理力学试验，试验内容至少包括密度、含水率、颗分以及强度指标等；
19.根据裂缝的深度计算探地雷达波的波速，从而校正全断面探地雷达的探测深度，并且把裂缝图像集成到地质雷达裂缝识别模块，从而实现对土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝的高效、精确识别。
20.s3、对大坝断面进行测量；
21.采用全站仪对大坝进行横断面测量，断面间距一般20～50m，在断面图上标注裂缝发生位置，同时通过对比大坝竣工时的大坝断面测量结果，分别计算大坝坝顶路面沉降量以及上、下游坝坡坡比；
22.沉降量计算公式为：
23.δh＝h
0-h124.式中：
△
h—坝顶路面沉降量，m；
25.h0—竣工时坝顶路面高程，m；
26.h1—现状坝顶路面高程，m；
27.上、下游坝坡坡比计算公式为：
[0028][0029]
式中：α—实测坡比；
[0030]h顶
—坝坡坡顶高程，m；
[0031]h底
—坝坡坡底高程，m；
[0032]
l—坡顶和坡底之间的水平距离，m。
[0033]
s4、对大坝裂缝成因进行有限元计算分析；
[0034]
根据现状实测高程、坡比，建立大坝计算二维有限元模型，并划分网格。
[0035]
结合土石坝施工时原坝壳料、原粘土心墙、坝顶路面及稳定层的物理力学试验成果以及探坑取样的试验成果，给大坝不同区域的材料设置相应的材料参数，原坝壳料、粘土心墙、新回填土层一般采用摩尔-库伦或邓肯-张e-b本构模型，坝顶路面及稳定层一般选择弹塑性模型，并在防浪墙底板与防渗墙头墙间、防渗墙与原粘土心墙间、防渗墙头墙与原粘土心墙及新回填土层间均设置接触面。
[0036]
有限元计算分两步进行：第一步对坝体施加9.81m3/s的重力加速度模拟土石坝在自重下变形；第二步在坝顶路面施加均布荷载模拟大坝坝顶路面沉降，直至路面开裂。
[0037]
分析坝顶路面达到屈服开裂时的沉降变形，分析计算开裂位置与现场实际位置的
相符性，同时提取坝顶路面的沉降以及防浪墙底板与混凝土防渗墙间的开度和错台量数据，并与探坑检测时的实测数据进行对比分析，从而分析与验证坝顶裂缝产生的原因。
[0038]
s5、对裂缝影响坝坡整体稳定性进行评价；
[0039]
根据土石坝坝体内部布置的测压管实测水位数据得到坝体内部浸润线分布。基于坝体内部实测的浸润线，采用设计阶段原粘土心墙和原坝壳料的物理力学试验成果以及探坑取样的试验成果，同时考虑坝顶无裂缝以及坝顶最深的裂缝充满水时的两种工况，对大坝上下游坝坡进行稳定复核，计算公式为：
[0040][0041]
式中：k—坝坡抗滑稳定安全系数，坝顶无裂缝工况下计算的安全系数用k1表示，坝顶裂缝充满水工况下计算的安全系数用k2表示；
[0042]
w—土条重量(包括土条中水的重量)，kn；
[0043]
u—作用于土条底面的孔隙水压力，kn/m；
[0044]
α—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，(
°
)；
[0045]
b—土条宽度，m；
[0046]
c'—土条底面的凝聚力，kpa；
[0047]
—土条底面的内摩擦角，(
°
)。
[0048]
《碾压式土石坝设计规范》(sl274)中表8.3.15规定的坝坡抗滑稳定安全系数允许值用[k0]表示；
[0049]
裂缝影响坝坡整体稳定性评价分为如下情况：
[0050]
(1)当坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1和坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2相等，且均大于或等于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性满足规范要求。
[0051]
(2)当坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2小于坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1，且坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2大于或等于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定有不利影响，但大坝坝坡稳定性仍满足规范要求。
[0052]
(3)当坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1和坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2相等，且均小于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性不满足规范要求。
[0053]
(4)当坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2小于坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1，且坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1小于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定有不利影响，大坝坝坡稳定性不满足规范要求。
[0054]
(5)当坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1大于或等于规范允许值[k0]，且坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2小于规范允许值[k0]，则坝顶无裂缝时坝坡稳定性满足规范要求，坝顶裂缝导致大坝整体稳定性不满足规范要求。
[0055]
s6、对裂缝影响大坝渗流及防洪安全进行评价；
[0056]
具体分为如下情况：
[0057]
(1)当防浪墙底板与混凝土防渗墙头墙之间的止水材料破损，且防浪墙底板底高
程高于或等于校核洪水位，则大坝防渗体系存在缺陷，但止水材料损坏不影响大坝防洪安全。
[0058]
(2)当防浪墙底板与防渗墙头墙之间的止水材料破损，如防浪墙底板底高程低于校核洪水位，则应计算渗透比降，计算公式为：
[0059][0060]
式中：j—渗透比降；
[0061]
△
h—校核洪水位与防浪墙底板底高程之间的高差，m；
[0062]
l—防浪墙底板的长度，m；
[0063]
当渗透比降j小于防浪墙底部下覆原粘土心墙的允许渗透比降[j0]时，则不会发生渗透破坏；当渗透比降j大于或等于防浪墙底部下覆原粘土心墙的允许渗透比降[j0]时，则可能发生渗透破坏。
[0064]
(3)当防浪墙底板与防渗墙头墙之间的止水材料完好时，则大坝防渗体系完整。
[0065]
本发明的有益效果是：
[0066]
(1)利用低频探地雷达普查出大坝的异常区，采用高频雷达对异常区进行详查探测，从而划分出坑探区、损伤区和正常区，通过坑探验证及校正地质雷达探测深度，实现对大坝裂缝的高效、精确以及全面诊断。
[0067]
(2)在探坑检测及断面测量的基础上，通过有限元计算成果与实测数据的对比分析，验证了裂缝产生的原因及机理，为针对性的提出处理措施奠定基础。
[0068]
(3)通过对比计算坝顶无裂缝和坝顶裂缝充水两者工况下的坝坡稳定安全系数，提出坝顶裂缝对坝坡整体稳定性影响的评价方法。
[0069]
(4)通过探坑检测中止水材料完好性的检查，结合校核洪水位与防浪墙底板底高程关系，提出坝顶裂缝影响下的大坝渗流及防洪安全评价方法。
[0070]
(5)建立基于现场检测、成因分析、坝坡稳定性评价、大坝渗流及防洪安全评价等的一套方法体系，实现对土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝全面检测和评价。
附图说明
[0071]
图1为本发明的操作流程图；
[0072]
图2为土石坝坝顶结构示意图；
[0073]
图3为土石坝坝体内部浸润线示意图。
[0074]
图中：1-土石坝；11-原坝壳料；12-原粘土心墙；13-新回填土层；21-混凝土防渗墙；22-防渗墙头墙；23-防浪墙；24-止水设施；31-路面；32-稳定层；4-裂缝；5-探坑；6-测压管；7-浸润线。
具体实施方式
[0075]
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0076]
如图1至图3所示，本发明一种土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，包括以下步骤：
[0077]
s1、对裂缝4发育空间位置进行地质雷达普查与详查检测；
[0078]
沿混凝土防渗墙21的上游、顶部、下游平行布置3～5条探地雷达测线，分别获得不同位置的探地雷达普查的图像，根据图像剖面上雷达波同相轴的缺失、变形及强反射等特征圈定出异常区范围；
[0079]
对划定的异常区按照1～3m的测线间距布置多条横向地质雷达测线，分别获得不同位置的探地雷达详查的图像，根据图形剖面上雷达波同相轴的缺失、变形及强反射等特征划分为坑探区、损伤区、正常区；
[0080]
所述坑探区是指雷达波同相轴缺失严重的区域，该区域需要进行坑探开挖验证；
[0081]
所述探地雷达是采用双频同步发射及接收的设备，一次测量可同时获得两种频率的雷达信号；
[0082]
所述普查的雷达波中心频率为400mhz；
[0083]
所述详查的雷达波中心频率为800mhz。
[0084]
s2、对裂缝4发育深度及止水设施24完好性进行探坑5检测；
[0085]
根据地质雷达的探测成果，选择3～5处坑探区实施开挖验证，向揭露的裂缝4内灌注石灰水，待石灰水干燥后，在灌注位置挖坑，探坑5大小以能全部揭露防渗墙头墙22，并向防渗墙头墙22的上、下游侧各延申0.2～0.5m，深度一般挖至石灰水灌注的最底部，当石灰水延申深度小于防渗墙头墙22深度时，挖至防渗墙头墙22的顶部；
[0086]
从坝顶向下量取石灰水灌注深度，即为裂缝4发育深度；
[0087]
测量防渗墙头墙22与防浪墙23底板间接缝的开度及错台高度，同时检查止水设施24的完好性；
[0088]
针对开挖揭露的新回填土层13开展物理力学试验，试验内容至少包括密度、含水率、颗分以及强度指标等。
[0089]
根据裂缝4的深度计算探地雷达波的波速，从而校正全断面探地雷达的探测深度，并且把裂缝4图像集成到地质雷达裂缝识别模块，从而实现对土石坝1混凝土防渗墙21坝顶裂缝4的高效、精确识别。
[0090]
对某土石坝1坝顶选择3处坑探区进行开挖，开挖揭露的新回填土层13为含砾粉质粘土，取样进行了物理力学试验；经测量裂缝4发育深度分别为0.7m、1.0m和1.1m，并开挖深度1.5m至防渗墙头墙22顶部，发现防渗墙头墙22与防浪墙23底板间接缝张开约4cm，防浪墙23底板顶面较防渗墙头墙22顶面低约2.5cm，同时止水设施24已损坏。
[0091]
根据裂缝4的实际发育深度计算探地雷达波的波速，校正探地雷达的探测深度，实现对裂缝4的高效、精确识别。经检测裂缝4最大深度为1.4m。
[0092]
s3、对大坝断面进行测量；
[0093]
采用全站仪对大坝进行横断面测量，断面间距一般20～50m，在断面图上标注裂缝4发生位置，同时通过对比大坝竣工时的大坝断面测量结果，分别计算大坝坝顶路面31沉降量以及上、下游坝坡坡比；
[0094]
沉降量计算公式为：
[0095]
δh＝h
0-h1[0096]
式中：
△
h—坝顶路面31沉降量，m；
[0097]
h0—竣工时坝顶路面31高程，m；
[0098]
h1—现状坝顶路面31高程，m。
[0099]
上、下游坝坡坡比计算公式为：
[0100][0101]
式中：α—实测坡比；
[0102]h顶
—坝坡坡顶高程，m；
[0103]h底
—坝坡坡底高程，m。
[0104]
l—坡顶和坡底之间的水平距离，m。
[0105]
对土石坝1坝顶路面31及上、下游坝坡进行断面测量，经计算，横断面上坝顶路面31中部平均沉降3.0cm，最上游侧平均沉降4.3cm，最下游侧平均沉降5.8cm；上、下游侧坡比经计算分别为1：2.25、1：2.0。
[0106]
s4、对大坝裂缝4成因进行有限元计算分析；
[0107]
根据现状实测高程、坡比，建立大坝计算二维有限元模型，并划分网格。
[0108]
结合土石坝1施工时原坝壳料11、原粘土心墙12、坝顶路面31及稳定层32的物理力学试验成果以及探坑5取样的试验成果，给大坝不同区域的材料设置相应的材料参数，原坝壳料11、原粘土心墙12、新回填土层13一般采用摩尔-库伦或邓肯-张e-b本构模型，坝顶路面31及稳定层32一般选择弹塑性模型，并在防浪墙23底板与防渗墙头墙22间、防渗墙23与原粘土心墙12间、防渗墙头墙22与原粘土心墙12及新回填土层13间均设置接触面。
[0109]
有限元计算分两步进行：第一步对坝体施加9.81m3/s的重力加速度模拟土石坝1在自重下变形；第二步在坝顶路面31施加均布荷载模拟大坝坝顶路面31沉降，直至路面31开裂。
[0110]
分析坝顶路面31达到屈服开裂时的沉降变形，分析计算开裂位置与现场实际位置的相符性，同时提取坝顶路面31的沉降以及防浪墙23底板与混凝土防渗墙21间的开度和错台量数据，并与探坑5检测时的实测数据进行对比分析，从而分析与验证坝顶裂缝4产生的原因。
[0111]
对土石坝1建立二维有限元模型进行计算分析，当路面31荷载达到15kpa时，路面31混凝土达到其屈服强度，即坝顶发生开裂，同时计算的路面31最上游侧沉降量为4.0cm，中部沉降量2.9cm，最下游侧沉降量为6.2cm，防浪墙23底板与混凝土防渗头墙间张开3.3cm，防浪墙23底板顶面比混凝土防渗头墙低3.1cm，计算结果均与现场探坑5测量及断面测量成果基本接近，表明坝顶裂缝4与坝体的不均匀沉降存在因果联系。
[0112]
s5、对裂缝4影响坝坡整体稳定性进行评价；
[0113]
根据土石坝1坝体内部布置的测压管6实测水位数据得到坝体内部浸润线7分布。基于坝体内部实测的浸润线7，采用设计阶段原粘土心墙12和原坝壳料11的物理力学试验成果以及探坑5取样的试验成果，同时考虑坝顶无裂缝4以及坝顶最深的裂缝4充满水时的两种工况，对大坝上下游坝坡进行稳定复核，计算公式为：
[0114][0115]
式中：k—坝坡抗滑稳定安全系数，坝顶无裂缝4工况下计算的安全系数用k1表示，坝顶裂缝4充满水工况下计算的安全系数用k2表示；
[0116]
w—土条重量(包括土条中水的重量)，kn；
[0117]
u—作用于土条底面的孔隙水压力，kn/m；
[0118]
α—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，(
°
)；
[0119]
b—土条宽度，m；
[0120]
c'—土条底面的凝聚力，kpa；
[0121]
—土条底面的内摩擦角，(
°
)。
[0122]
《碾压式土石坝设计规范》(sl274)中表8.3.15规定的坝坡抗滑稳定安全系数允许值用[k0]表示。
[0123]
裂缝4影响坝坡整体稳定性评价分为如下情况：
[0124]
(1)当坝顶无裂缝4工况下计算的坝坡安全系数k1和坝顶裂缝4充水工况下计算的安全系数k2相等，且均大于或等于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝4对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性满足规范要求。
[0125]
(2)当坝顶裂缝4充水工况下计算的安全系数k2小于坝顶无裂缝4工况下计算的坝坡安全系数k1，且坝顶裂缝4充水工况下计算的安全系数k2大于或等于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝4对于大坝整体稳定有不利影响，但大坝坝坡稳定性仍满足规范要求。
[0126]
(3)当坝顶无裂缝4工况下计算的坝坡安全系数k1和坝顶裂缝4充水工况下计算的安全系数k2相等，且均小于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝4对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性不满足规范要求。
[0127]
(4)当坝顶裂缝4充水工况下计算的安全系数k2小于坝顶无裂缝4工况下计算的坝坡安全系数k1，且坝顶无裂缝4工况下计算的坝坡安全系数k1小于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝4对于大坝整体稳定有不利影响，大坝坝坡稳定性不满足规范要求。
[0128]
(5)当坝顶无裂缝4工况下计算的坝坡安全系数k1大于或等于规范允许值[k0]，且坝顶裂缝4充水工况下计算的安全系数k2小于规范允许值[k0]，则坝顶无裂缝4时坝坡稳定性满足规范要求，坝顶裂缝4导致大坝整体稳定性不满足规范要求。
[0129]
对土石坝1开展裂缝4影响坝坡整体稳定性评价，分别考虑无裂缝4及最大裂缝4深度为1.4m时且裂缝4内充满水两种情况，计算可知两种情况下上下游坝坡安全系数均相等，且均大于规范允许安全系数，即坝顶裂缝4对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性满足规范要求。
[0130]
s6、对裂缝4影响大坝渗流及防洪安全进行评价；
[0131]
具体分为如下情况：
[0132]
(1)当防浪墙23底板与混凝土防渗墙头墙22之间的止水材料破损，且防浪墙23底板底高程高于或等于校核洪水位，则大坝防渗体系存在缺陷，但止水材料24损坏不影响大坝防洪安全。
[0133]
(2)当防浪墙23底板与防渗墙头墙22之间的止水材料24破损，如防浪墙23底板底高程低于校核洪水位，则应计算渗透比降，计算公式为：
[0134][0135]
式中：j—渗透比降；
[0136]
△
h—校核洪水位与防浪墙23底板底高程之间的高差，m；
[0137]
l—防浪墙23底板的长度，m；
[0138]
当渗透比降j小于防浪墙23底部下覆原粘土心墙12的允许渗透比降[j0]时，则不会发生渗透破坏；当渗透比降j大于或等于防浪墙23底部下覆原粘土心墙12的允许渗透比降[j0]时，则可能发生渗透破坏。
[0139]
(3)当防浪墙23底板与防渗墙头墙22之间的止水材料24完好时，则大坝防渗体系完整。
[0140]
对土石坝1开展裂缝4影响大坝渗流及防洪安全评价，本实施例中防浪墙23底板与防渗墙头墙22之间止水材料已破损，且校核洪水位高于防浪墙23底板底高程2.2m，则渗透比降j＝2.2/(2.2+3.2)＝0.41，计算渗透比降小于原粘土心墙12的允许渗透比降0.5，故不会发生渗透破坏。
[0141]
上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、对裂缝发育空间位置进行地质雷达普查与详查检测；沿混凝土防渗墙的上游、顶部、下游平行布置3～5条探地雷达测线，分别获得不同位置的探地雷达普查的图像，根据图形剖面上雷达波同相轴的缺失、变形及强反射特征圈定出异常区范围；对划定的异常区按照1～3m的测线间距布置多条横向地质雷达测线，分别获得不同位置的探地雷达详查的图像，根据图像剖面上雷达波同相轴的缺失、变形及强反射特征划分为坑探区、损伤区、正常区；s2、对裂缝发育深度及止水设施进行完好性探坑检测；根据地质雷达的探测成果，选择3～5处坑探区实施开挖验证，向揭露的裂缝内灌注石灰水，待石灰水干燥后，在灌注位置挖坑，探坑大小以能全部揭露防渗墙头墙，并向防渗墙头墙的上、下游侧各延申一定距离，深度挖至石灰水灌注的最底部，当石灰水延申深度小于防渗墙头墙深度时时，挖至防渗墙头墙的顶部；从坝顶向下量取石灰水灌注深度，即为裂缝发育深度；测量防渗墙头墙与防浪墙底板间接缝的开度及错台高度，同时检查止水设施的完好性；针对开挖揭露的新回填土层开展物理力学试验；根据裂缝的深度计算探地雷达波的波速，从而校正全断面探地雷达的探测深度，并且把裂缝图像集成到地质雷达裂缝识别模块，从而实现对土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝的高效、精确识别；s3、对大坝断面进行测量；采用全站仪对大坝进行横断面测量，在断面图上标注裂缝发生位置，同时通过对比大坝竣工时的大坝断面测量结果，分别计算大坝坝顶路面沉降量以及上、下游坝坡坡比；沉降量计算公式为：δh＝h
0-h1式中：
△
h—坝顶路面沉降量，m；h0—竣工时坝顶路面高程，m；h1—现状坝顶路面高程，m；上、下游坝坡坡比计算公式为：式中：α—实测坡比；h
顶
—坝坡坡顶高程，m；h
底
—坝坡坡底高程，m；l—坡顶和坡底之间的水平距离，m；s4、对大坝裂缝成因进行有限元计算分析；根据现状实测高程、坡比，建立大坝计算二维有限元模型，并划分网格；结合土石坝施工时原坝壳料、原粘土心墙、坝顶路面及稳定层的物理力学试验成果以及探坑取样的试验成果，给大坝不同区域的材料设置相应的材料参数，原坝壳料、粘土心
墙、新回填土采用摩尔-库伦或邓肯-张e-b本构模型，坝顶路面及稳定层选择弹塑性模型，并在防浪墙底板与防渗墙头墙间、防渗墙与原粘土心墙间、防渗墙头墙与原粘土心墙及新回填土间均设置接触面；有限元计算：先对坝体施加9.81m3/s的重力加速度模拟土石坝在自重下变形；再在坝顶路面施加均布荷载模拟大坝坝顶路面沉降，直至路面开裂；分析坝顶路面达到屈服开裂时的沉降变形，分析计算开裂位置与现场实际位置的相符性，同时提取坝顶路面的沉降以及防浪墙底板与混凝土防渗墙间的开度和错台量数据，并与探坑检测时的实测数据进行对比分析，从而分析与验证坝顶裂缝产生的原因；s5、对裂缝影响坝坡整体稳定性进行评价；根据土石坝坝体内部布置的测压管实测水位数据得到坝体内部浸润线分布，基于坝体内部实测的浸润线，采用设计阶段原粘土心墙和原坝壳料的物理力学试验成果以及探坑取样的试验成果，同时考虑坝顶无裂缝以及坝顶最深的裂缝充满水时的两种工况，对大坝上、下游坝坡进行稳定复核，计算公式为：式中：k—坝坡抗滑稳定安全系数，坝顶无裂缝工况下计算的安全系数用k1表示，坝顶裂缝充满水工况下计算的安全系数用k2表示；w—土条重量(包括土条中水的重量)，kn；u—作用于土条底面的孔隙水压力，kn/m；α—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，(
°
)；b—土条宽度，m；c'—土条底面的凝聚力，kpa；—土条底面的内摩擦角，(
°
)；《碾压式土石坝设计规范》(sl274)中表8.3.15规定的坝坡抗滑稳定安全系数允许值用[k0]表示；裂缝影响坝坡整体稳定性评价分为如下情况：(1)当坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1和坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2相等，且均大于或等于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性满足规范要求；(2)当坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2小于坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1，且坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2大于或等于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定有不利影响，但大坝坝坡稳定性仍满足规范要求；(3)当坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1和坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2相等，且均小于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定无影响，大坝坝坡稳定性不满足规范要求；(4)当坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2小于坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1，且坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1小于规范允许值[k0]，则坝顶裂缝对于大坝整体稳定有不利影响，大坝坝坡稳定性不满足规范要求；
(5)当坝顶无裂缝工况下计算的坝坡安全系数k1大于或等于规范允许值[k0]，且坝顶裂缝充水工况下计算的安全系数k2小于规范允许值[k0]，则坝顶无裂缝时坝坡稳定性满足规范要求，坝顶裂缝导致大坝整体稳定性不满足规范要求；s6、对裂缝影响大坝渗流及防洪安全进行评价；具体分为如下情况：(1)当防浪墙底板与混凝土防渗墙头墙之间的止水材料破损，且防浪墙底板底高程高于或等于校核洪水位，则大坝防渗体系存在缺陷，但止水材料损坏不影响大坝防洪安全；(2)当防浪墙底板与防渗墙头墙之间的止水材料破损，如防浪墙底板底高程低于校核洪水位，则应计算渗透比降，计算公式为：式中：j—渗透比降；
△
h—校核洪水位与防浪墙底板底高程之间的高差，m；l—防浪墙底板的长度，m；当渗透比降j小于防浪墙底部下覆原粘土心墙的允许渗透比降[j0]时，则不会发生渗透破坏；当渗透比降j大于或等于防浪墙底部下覆原粘土心墙的允许渗透比降[j0]时，则可能发生渗透破坏；(3)当防浪墙底板与防渗墙头墙之间的止水材料完好时，则大坝防渗体系完整。2.根据权利要求1所述的土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：在步骤s1中，所述坑探区是指雷达波同相轴缺失严重的区域，需要进行坑探开挖验证。3.根据权利要求1所述的土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：在步骤s1中，所述探地雷达采用双频同步发射及接收的设备，一次测量能够同时获得两种频率的雷达信号。4.根据权利要求3所述的土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：所述探地雷达进行普查的雷达波中心频率为400mhz；进行详查的雷达波中心频率为800mhz。5.根据权利要求1所述的土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：在步骤s2中，所述探坑向防渗墙头墙的上、下游侧各延申的距离为0.2～0.5m。6.根据权利要求1所述的土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：在步骤s2中，所述物理力学试验的内容至少包括密度、含水率、颗分以及强度指标试验。7.根据权利要求1所述的土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，其特征在于：在步骤s3中，所述采用全站仪对大坝进行横断面测量的断面间距为20～50m。

技术总结
本发明公开了一种土石坝混凝土防渗墙坝顶裂缝检测及评价方法，包括以下步骤：S1、对裂缝发育空间位置进行地质雷达普查与详查检测；S2、对裂缝发育深度及止水设施进行完好性探坑检测；S3、对大坝断面进行测量；S4、对大坝裂缝成因进行有限元计算分析；S5、对裂缝影响坝坡整体稳定性进行评价；S6、对裂缝影响大坝渗流及防洪安全进行评价。本发明可对大坝裂缝进行高效、精确以及全面的检测和评价。精确以及全面的检测和评价。精确以及全面的检测和评价。


技术研发人员：邓成发 董超驹 王良 郑敏生 江晓益 谭磊 谢中凯 金泉华 王凯 施齐欢 唐红霞 徐虎 梁东辉
受保护的技术使用者：浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院）
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/10/8