堆石坝渗流分析数值模拟

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1、坝体计算分析渗流分析模型建立和参数取值坝顶的结构有所简化，防浪墙相对坝体的较小，为了避免由于划分单元格的缘故，而出现计算结果的不合理，将其简化，把坝顶高度提升到防浪墙相应高程。这样的简化将不会对渗透计算造成影响。上下游的护坡材料，由于渗透性很大，且厚度较小，也做简化处理。对于坝基，上部为灰岩，下部为泥岩，属相对不透水层，为准确模拟坝址处实际渗流情况，将坝基分别向上下游延伸约45m，坝基深到400m高程处。河床底高程418m，开挖到弱风化层高程为417m，修建大坝后，上下游需回填至原地面高程，为简化模型，

2、回填部分在渗流模块中略去。材料的渗透系数为渗流分析的关键性参数，参考相关文献获得个材料的渗透系数，材料参数取值表5-1。在模型中材料定义时，由于基岩始终处于饱和状态，采用饱和渗透率即可。其余四种材料渗透特性使用饱和非饱和材料模型，输入渗透函数，渗透函数末端为估计值。对于材料渗透性的各向异性，规范建议计算渗流量时采用土层渗透系数的大值平均，计算水位降落时的水位线采用小值平均。由于使用有限元软件计算方便，渗透系数的各向异性可以设置，能够准确计算。对于坝壳料和过渡区考虑分层填筑的缘故，和各施工层面接触不良好的

3、影响，结合经验取值0.2。表5-1材料渗透参数（单位：cm/s）材料坝壳过渡区沥青混凝土防渗帷幕灰岩岩基泥岩岩基饱和渗透系数2.35E-055.00E-051.02E-081.00E-071.25E-066.84E-07渗透系数比0.20.21111分析方式为稳态分析，包含以下三种工况：上游正常蓄水位对应的下游相应最低水位、上游设计洪水位对应的下游相应水位、上游校核洪水位对应的下游水位。对于规范要求的库水位降落时的上游坝坡稳定最不利的情况，这是一个瞬态分析过程，由于掌握的用水资料不足同时时间紧迫，而没有

4、计算这种情况。有限元计算结果正常蓄水位稳定渗流分析，图5-1为总水头等势线分布图，从图中可以看出，浸润线在沥青混凝土心墙部位快速降落到相对较低水位，浸润线到下游坝壳平稳过渡，在坡脚较低高程岀溢。经过沥青心墙后势能极大的减小，等势线整体分布合理，有限元计算结果与工程经验相吻合。图5-2为孔隙水压力分布图。图5-1正常蓄水位总水头等势线分布图图5-2正常水位孔隙水压力分布图对于其他两种工况设计洪水位和校核洪水位，也做了详细的渗流分析计算。计算结果绘制的云图，比较详细，就不再一一罗列。对于坝体中的最高水力坡降

5、、渗流量、流速的相关信息，也从计算中可以获得，表5-2为相应的计算成果。表5-2渗流分析计算成果计算工况最大水力坡降最大流速(m/s)心墙截面渗流量(m³/s)出溢处渗流量(m³/s)正常水位17.821.06E-052.35E-052.16E-05设计洪水16.391.07E-053.50E-053.31E-05校核洪水16.561.16E-053.74E-053.50E-05渗透稳定分析从渗透分析的结果中可以了解到，坝体的渗漏量是非常微小的，渗透途径主要是绕过防渗墙和防渗帷幕，进行微量渗漏，渗径较长

6、。最大水力坡降约为16，主要出现在心墙部位。渗透稳定分析的对象一般有坝壳料、渗流岀溢处的基岩。坝壳料采用的是堆石，从设计的级配曲线中可以看出堆石料中细粒含量低于5%，主要以粗颗粒为主，并且级配良好，发生渗透破坏的可能非常小，所以省略了渗透稳定的判定。如有条件做渗透稳定实验进行核实，是作为有效的方法。对于渗流岀溢点渗透稳定判别，也省略了。考虑到坝基为基岩并且开挖到了强风化下限，整体稳定性较好，设计中添加了反滤层，所以发生渗透破坏的可能性也较低，因而省略了该过程。