耿湾淤泥堆场粘土斜墙坝稳定渗流场有限元分析.pdf

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1、第3O卷第12期水电能源科学VoL3ONO．122012年12月WaterResourcesandPowerDec．2012文章编号：1000—7709(2012)12—0078—03耿湾淤泥堆场粘土斜墙坝稳定渗流场有限元分析江沆，王丽艳(无锡市水利设计研究院有限公司，江苏无锡214023)摘要：耿湾粘土斜墙坝防渗体系的效果直接影响坝体安全稳定，根据耿湾堆场粘土斜墙坝设计剖面，构建了渗流分析数值模型，采用固定网格有限元非饱和渗流分析方法，计算了坝体稳定渗流场，分析了其防渗体结构、筑坝材料渗透系数对坝体渗流场的影响，并建议采取反滤防护工程措施保护下游可能出现的出逸面坝坡。计算结果表明

2、，坝体防渗体系有效可行。关键词：淤泥堆场；有限元法；粘土斜墙坝；稳定渗流中图分类号：TV139．14文献标志码：B根据饱和一非饱和土的渗流基本微分方程，1工程概况应用Galerkin加权余量法及格林第一公式，对时为改善太湖水域月亮湾生态环境，拟对太湖19采用隐式有限差分格式，导出非稳定饱和一非水域月亮湾进行生态清淤，为堆放淤泥，拟在马山饱和渗流有限元法的基本方程_1叫]：西半山耿湾村两个废采石穴建造耿湾淤泥堆场，(A+)一P+((1)需建淤泥围堰。该淤泥堆场由东西两个堆场组其中成，其中西侧淤泥堆场坝体长36．00m，坝顶高程N35．00m(黄海高程)，坝顶宽3．00m，库容2．20

3、×A一[jI『骞客志^是等dn]c210m。；东侧淤泥堆场围堰长98．00m，坝顶设计高程为40．00m，坝顶宽5．00m，库容16．O0×．B=[JJjNFC(h]df／j(3)10m。，最大坝高17．00m。图1为耿湾堆泥场斜p=-NJI『3ONdn卜墙坝标准剖面。围堰坝体为粘土斜墙坝，利用库区采石废料及表层覆土作为坝体主体材料，利用NⅢs]㈤粘土作为坝体防渗材料。为保证粘土斜墙的防渗效果及减少斜墙的厚度，在粘土斜墙上游侧铺设C===O0／Oh(5)防渗土工膜。粘土斜墙顶部厚度为1．00m，底部式中，A、B、P分别为总渗透矩阵、节点压力水头厚度宽度为3．00m。本文采用固定网格

4、有限元列阵、节点流量列阵；N为单元总数；N、N分别非饱和渗流方法分析坝体的防渗体系的效果，为为单元节点、的形函数；q为法向流量；t为时工程设计提供依据。间变量；At为时间增量；(h)、(。)+分别为时间t、t-FAt时的节点压力水头；为计算空间域；s2有限元计算方法为计算域边界；k为相对透水率，在非饱和区O<图1耿湾堆泥场斜墙坝标准剖面(单位：m)Fig．1StandardsectionofGengwanpileofmudfieldinclinedwalldam收稿日期：2012—04—12，修回日期：2012—05—23作者简介：江沆(1981一)，男，工程师，研究方向为水工结构

5、和岩土渗流，E—mail：592734840@qq．com第3O卷第12期江沆等：耿湾淤泥堆场粘土斜墙坝稳定渗流场有限元分析·79·kr<1，在饱和区忌一1；愚为饱和渗透系数张量；表1耿湾粘土斜墙坝各种材料的渗透系数Tab．1Permeabilitycoefficientofallmaterialsofc为容水度，在正压力区C一0；0为介质含水率；hGengwanclayinclinedwalIdam为总水头；口为饱和一非饱和选择常数，非饱和区材料名称／(渗透系数-I)材料名称／，(cm透·系S蝥、CI1~S一0，饱和区一1；S为弹性贮水率，饱和土体s粘土5×10基岩微透水层5×1

6、0为常数，非饱和土体S。一0，当忽略土体骨架及水砾石区4×1O基岩弱透水层1×1O土工膜1×10—7的压缩性时对饱和区S===0；Q为源汇项；i、一3为垂直坐标。5结果分析3数值模型图3为饱和一非饱和稳定渗流下标准剖面的浸润线位置、等水头线及其数值。由图可看出，坝根据渗流计算分析的一般原则和特点，并结体防渗体效果明显，防渗土工膜承担主要的水头合耿湾堆场坝体的实际情况，选取斜墙堆石坝的损失，浸润线入粘土斜墙高程约在32．90m，由于典型剖面建立三维精细有限元模型。设上游指向堆石区渗透系数比粘土斜墙的渗透系数小得多，下游为z轴，垂直坝轴线方向；坝轴线方向为Y轴，导致粘土斜墙内浸润线急剧

7、下降，浸润线出粘土右岸指向左岸为正；z轴为垂直方向，向上为正。斜墙高程约在29．5OIll，粘土斜墙内最大渗透坡计算模型的截取范围：向分别以坝踵和坝降约为3．O0，位置出现于斜墙底部与堆石料接触趾为基准，向上游和下游各截取2O～30m；z向处，为防止此处发生接触渗透破坏的可能，斜墙与底部截至岩体相对不透水层，高程12m；Y向取堆石料间设置复合土工布是合理的。坝体堆石区坝段长1m。内水头损失较小，浸润线变化很小，渗透坡降约为计算模型保留坝体和坝基结构，准确模拟坝0．09