Page 62 - 2022年第53卷第1期

均质土坝采用黏性土填筑，土料基本物理参数如表 1 所示。土坝模型为：坝轴线长 1700 mm，坝
顶宽 50 mm，最大坝高 380 mm，坝顶设置高 30 mm 的挡水子坝，迎水面和背水面坡比均为 1∶1.5。在
坝身距左岸 600 mm 处设置一条渗漏通道。由于在模型上难以自然形成渗漏通道，而实际工程因水流
冲刷导致土颗粒流失而形成的渗漏通道类似于自然形成的“管道”，故本试验采用直径为 10 mm 的塑
胶水管模拟渗漏通道，并在管壁上均匀扎上小孔，以保证渗漏通道内外的渗流场连续。渗漏通道上
游进口离河床高度 250 mm，下游出口离河床高度 200 mm，出口处上部土层覆盖厚度为 20 mm。土坝

采用水平分层填筑，填筑完成后静置在露天自然环境中。模型静置 30 d 后缓慢将坝后水位上升至 230
mm，此后长期保持该水位，以模拟工程实际服役环境和汛前江水对堤坝的长期浸泡作用。

图 2 试验模型平台布置（单位：mm）
表 1 筑坝土体物理性质参数表

土体类型 塑限/% 液限/% 渗透系数/(cm/s) 干密度/(g/cm ) 3
黏性土 13 35 1.28×10 -4 1.25～1.60

3.2 试验仪器设备 红外热图像记录采用德国 testo-869 红外热像仪，其参数见表 2。通过接触式探
针在坝坡多个测点测温，标定热成像仪的材料发射率为 0.96。探测距离和成像角度均会对试验结果
产生影响，通常距离越大，测量误差越大，热图像的地面分辨率也越大；成像角度越小，误差越
大。试验过程中，热像仪距土坝坡面的垂直距离约 1.5 m，热像仪焦平面与坝坡平行，焦平面中心正
对渗漏出口。该探测距离与人工手持热像仪巡堤的距离相近。采用华汉维 TH22R-EX 温、湿度传感
器按 1 次/min 的采样频率监测坝后水温和试验区气温及湿度等环境量。

表 2 红外热像仪主要参数

参数 参数值 参数 参数值
分辨率 160×120 像素 测温量程 -20℃～280℃
视场角 34°×26° 热灵敏度(NETD) ＜120mK
空间分辨率(IFOV) 3.68mrad 光谱范围 7.5～14μm
最小可测物体尺寸 5.52mm 最小焦距 0.5m
3.3 试验过程 非汛期河道水位较低，堤坝很少发生渗漏险情。渗漏险情通常发生于汛期河道水位

上涨之后，在高水位的长期浸泡下，高处原含水率较低的土体含水率逐渐上升乃至饱和软化，当水
力坡降超过堤坝材料的临界值后，土体结构遭到破坏，内部缺陷逐渐扩展连通以至形成渗漏通道。
试验充分考虑实际土石堤坝工程集中渗漏的形成过程，主要试验步骤如下：（1）高水位浸泡：试验开
始前，堵塞溢流墙上的溢流孔及渗漏通道进口，将库水位由 230 mm 上升至 390 mm，以模拟河道汛期
水位上涨后高水位对河堤的浸泡作用。（2）渗漏成像：高水位浸泡 60 min 后，打开渗漏通道进口，用
— 57 —