水库坝体渗流稳定性分析

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1、水库土石坝坝体的渗流稳定性分析方法梁晓英摘要：我国是水利大国，水利工程关系着国计民生。土石坝是水利工程中常见的坝型，大坝的稳定性一直是人们所关心的问题。渗流和滑坡是土石坝稳定性分析的关键因素，在土石坝的设计过程中，应该重点关注这两个问题。这两个问题之间并不是相互独立的，渗流和滑坡之间相互联系，相互影响，属于流固耦合问题。因此本文总结了土石坝的渗流问题和边坡稳定性问题的分析方法，然后分析了两者之间的联系。本文对于土石坝稳定性分析的渗流、滑坡以及流固耦合问题具有一定的参考意义。1引言我国足水利人国，水利工程的发展关

2、系着我国的国计K生，国家的经济发展和建设与水利建设息怠相关，人民的生活更是离不开水利工程的发展。我国水利工程众多，屈于世界前列。土石坝是一种常见的坝型。由于K•施工简单，对地质条件的要求与艽他坝型相比较低，并且成木也比较低廉，所以对于较小的水利工程，更多地采用土石坝这种坝型。随着科技的进步，土石坝的建设水平也在逐步提高，技术和方法也得到了完善。大坝的稳定性问题与人民的生命财产安全息息ffl欠，要做到对事故的零容忍，需要得到足够的重视［11。人坝的安全W题一直是我们所关心的M题，大坝的安全也就是大坝的稳定性W题，

3、这涉及到大坝的渗流问题和大坝的边坡稳定性问题。在土石坝（如图1所示）的设汁屮，首要考虑的问题就是渗流和边坡稳定这两个问题。土孖坝与渗流息息相关，根裾相关统计，滲流引起的坝体失稳的事故占所有失稳的45%［21。在水库蓄水以后，水库水位上升，水随着流入坝体，从坝体内渗流到坝体下游。水进入坝体以ri,浸润线以下的坝体处于饱水状态，坝体的有效成力下降，强度降低，十的粘聚力降低，抗剪强度减弱，增人了坝体失稳的风险。丼且，渗流也奋可能引起坝体的管涌、流土等对坝体有严重损害的工况。W此，在研究坝体的稳定性时，渗流应该作为首耍

4、研究的失键因素。滑坡足土石坝失稳的表现形式，由土石坝的局部滑坡和土石坝的整体泔坡。局部滑坡扩展逐渐发展成土石坝的整体人面积滑坡。滑坡造成坝体损坏，严重的还会引起人坝崩溃，对下游的牛.命财产造成损失。在我国，山于坝体的渗流滑坡M题引起的溃坝题时有发牛.。广永省揭西县的横汀水库，由于坝体的质fi差，库区发生连续性降雨P发生丫严重的渗漏，出现渗漏P未得到及时柯效的处理，最终引发人坝垮塌失稳。坝体的滑坡引起的失稳事件时有发生。滕口水库施工过程中坝体质量未能得到严格管控，造成坝体质M低于规范要求，1961年9月28U3小

5、吋降水达到271mm,引发迎水墙发生猾坡，最终导致坝体垮塌［31。山此可见，渗流和滑坡是土石坝稳定性分析的关键因素，在土石坝的设计过程中，应该重点灾注这两个问题［41。这两个问题之间并不是相互独立的，渗流和滑坡之间相互联系，相互影响，属于流同耦合M题［5_81。因此本文总结了土石坝的渗流问题和边坡稳定性问题的分析方法，然后分析了两者之间的联系。木文对于土石坝稳定忡分析的渗流、滑坡以及流固耦合问题具有一定的参考意义。)0010(3ooO28421

6、&00601&180淤泥基岩砂硕石基沿Is防滲墙坝蚰线01080(

7、■)k游坝前K库水位sF游河床区图1土石坝结构示意图171上游防渗墙2土石坝的渗流分析方法渗流是指流体在多孔介质内的流动，它涉及到流体力学、岩土力学和水力学等学科。随肴近现代计算机技术的发展和理论研究的成熟,渗流逐渐发展出其ft己的理论基础和计算方法，并在多个领域得到了广泛的应用。渗流理论的难础是达西定律。1956年达西通过实验得到丫线性渗透理论，这一理论成为渗流的基础。1889年H.E.如可夫斯基通过推导得到了渗流的微分方程。随后，为了解决较复杂的渗流W题，巴甫洛夫斯基提出了用于解决渗流I'uJ题的电拟法，随

8、后在此基础上，电网络法也相继被提出。进入21世纪，随着计算机技术的发展，冇限差分法、冇限元法和边界元法等数位分析方法被广泛应用于渗流问题屮。土石坝渗流分析研究方法有很多，将其归类可以分为三种：解析求解方法、物理试验模拟方法、数值模拟方法,具体情况如图2所禾。由丁各种方法的求解过程屮均有一•定的假设，因此往往采用不同的方法进行求解，对得到的结果进行验证。2.1解析求解方法解析求解方法是直接借助数学手段求取基本微分方程解析解的方法。解析求解吋以分为直接解法、S变函数法、组合法和水力学法。直接求解是通过直接对菇本微分

9、方程求解的方法，它存在一定的局限性，只能川于一定形式的方程，由于该方法直接求解，保证了其结果的精确性，似是正是山于建立数学模型过程中的诸多条件，导致该方法实用性不高，多川于简单的模型计算和简单问题的定S分析中。父变函数法通过父变函数的方法，通过与己冇解答区域的域转换求得未知区域的渗流问题。组合法是把一个较复杂的求解区域划分成简单形成的渗流区域，通过简单区域的求解最终组合获得整个区域渗流