库水位下降时土坝上游面渗流稳定性研究.pdf

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1、第28卷第7期长江科学院院报V01．28No．72011年7月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteJu1．2011文章编号：1001—5485f2011)07—0062—05库水位下降时土坝上游面渗流稳定性研究张大伟。严文群。(1．连云港市石梁河水库管理处，江苏连云港222323；2．扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州225009)摘要：大坝迎水坡的最不利工况是长期蓄水(高水位运行)后水位骤降，影响此时上游坡土体稳定性的因素有水位降落速度、土体特性等。借助于渗流分析软件Geoslope和unssL2，不仅从渗流稳定性

2、出发，说明了坡面渗水的危害；从防止大坝上游坡在库水位下降时产生自由溢出点出发，拟合了不同k／／．w时库水位下降的临界高度；而且考虑了由于各种原因产生的土体各向异性和基质吸力摩擦角对上游坝坡稳定性的影响。研究表明，对于库水位下降时上游坡稳定性分析，尤其应结合渗流场计算结果，同时考虑工程实际中各种因素的影响。关键词：库水位下降；渗流稳定性；坡面出渗临界坡降中图分类号：P642文献标识码：A影响了渗流场分布，本文将此影响作为辅助因素予以考虑。同时本文也研究了饱和一非饱和抗剪强度理1概述论中的基质吸力摩擦角对上游坡稳定性的影响。大坝迎水坡的最不利工况是长期蓄水(高水位总之尽可能全面细致

3、地研究库水位下降时上游坡渗运行)后水位骤降，此时极易发生滑坡破坏。由于流稳定性。坝体土体排水能力的限制，坝内地下水浸润面无法与库水位下降速度同步，坝体中央易出现高水头区。2非稳定渗流微分方程式此时地下水渗流由最初稳定渗流场时的上游流向下考虑土体和水的压缩性，基于质量守恒定律和游，转变为由坝体中央高水头区分别向上游和下游达西定律，推导出的非稳定渗流微分方程式为流动，分别在上游坡和下游坡产生出渗点。根据文献[1]提出的自由出渗点处渗流临界坡降计算公式()+(Ii}，)()=可知，对于内摩擦角35。的砂子，允许渗透坡降为pg(a+)Oh0．3左右，坝坡应缓于1：3。因此应尽量减少渗流

4、自。(1)由出渗或在渗流出口处布置排水反滤(土工布及颗式中*OL为土体的压缩模量；为水的压缩模量，S。=粒滤层)及压重。Pg(0c+)定义为单位贮存量；rt为孔隙度。对于库水位降落条件下的大坝渗流计算国内外各向同性土体忽略水的压缩性时，S=pga，式普遍以相对比值k／／zv作为判别降落快慢的依据。(1)简化为其中k为渗透系数；为给水度；为水位降落速度。施特尼通过试验认为，k／uv<0．1时，自由面下降缓V=鲁警=蓑。c2，慢，可以按骤降考虑问题，当k／／zv>10时，孔隙水与式(2)又被称为非稳定渗流的固结方程。库水位同步下降，渗流对稳定影响较小。乌里希研究了骤降和缓降时k／／

5、zv的范围，认为骤降时应放宽至O．25，缓降应放宽至100，国内学者⋯将缓降指标3模型分析放宽至60。尽管如此，国内外对与渗透坡降关3．1非稳定渗流场分析系及库水位降落时上游坡渗流局部稳定性研究仍较均质土坝尺寸如图1所示。下游无水，稳定渗少，本文对此做了一些模拟研究。流场时上游水位20m，非稳定渗流(库水位下降)时由于施工造成的土体渗透系数各向异性极大地库水位由最初的20m最终降落至库底。采用的3收稿日期：2010—08-02；修回日期：201卜04—14作者简介：张大伟(1984-)，男，江苏东海人，助理工程师，硕士，主要从事岩土力学、水库管理等方面的工作，(电话)05188

6、6482070(电子信箱)claweiyz10@163．corn。第7期张大伟等库水位下降时土坝上游面渗流稳定性研究630种筑坝材料见表1，此3种材料由Geoslope软件的examples(材料库)提供，用Geoslope软件计算库水粪。位下降时的非稳定渗流场。3种筑坝材料各计算3鉴。个降落速度，共9种计算工况。计算参数见表1。。给水度IX按照毛昶熙¨公式=1．137凡(0．0001175)。·卸”，(3)图3k／v一水平向渗透坡降关系图式中k的单位为cm／s。Fig．3k／vversushorizontalseepagegradient4m世氅嘲甄＼足·若图1土坝示意图“V

7、Fig．1Sketchmapofearth·rockfilldam图4所有k／itv-水平向渗透坡降关系曲线表1计算参数表Fig．4k／ItvofalmaterialsversusTable1Calculationparametershorizontalseepagegradient图2可以看出库水位下降时，水位降落速度越快(同种筑坝材料不同降速)，浸润线与上游坡面溢出点间的的平均水平向渗透坡降大；渗透系数越小(不同筑坝材料相同降速)，水平向渗透坡越大。图3可以看出库水位下降期间浸润线与上游