高土石坝稳定——非稳定渗流有限元分析（刘晓庆 郑来元 刘佳）

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1、高土石坝稳定——非稳定渗流有限元分析（刘晓庆郑来元刘佳）　　摘要：在心墙土石坝设计中，心墙是坝体的防渗部分，它对坝的稳定起着至关重要的作用。本文结合工程的实际情况，考虑非饱和区的影响，在不同心墙体积的情况下，分别对其进行渗流计算分析，来探讨渗流场的分布情况和自由面的变化规律，为大坝结构设计和施工提供基础资料和参考依据。 关键词：土石坝心墙自由面渗流场非饱和区 　　AnalysisofSteadySeepageAndUnsteadySeepageinHighEarth 　　Rock-fillDamBasedonFiniteElementMethod

2、　　LIUXiao-qing1ZhengLai-yuan2LIUJia1 　　Abstract：Indesigningtheearth-rockdamwithcorewall,corewallisimpermeablepartofthedam.Itplayanimportantroleinthestabilityofdam.Thisarticletakestheactualsituationofprojectasabackground,consideredtheinfluenceoftheunsaturatedzoneoftheearth-rock

3、damandsizeofcorewallindifferentcircumstances,seepagecalculationwillbecarriedouttodiscussesthedistributionofseepagefieldandchangeruleoffreesurface,thiswillprovidethebasicdataandreferenceforthedesignandconstructionofthedam. 　　Keywords：theearth-rockdamcorewallfreesurfaceseepagefi

4、eldtheunsaturatedzone 一、前言 　　土石坝中的心墙是坝体的防渗部分，在坝体的运行中主要起防渗作用，而大坝的稳定主要依靠上、下游的坝壳来维持[1]。在土石坝的设计中，由于上下游坝坡有稳定验算的需要，设计者往往只注意下游坝壳内的浸润线位置，而实际上土石坝中心墙内的浸润线尤其是浸润线逸出点的位置也十分重要，它不仅决定着心墙下游反滤设施的保护范围，也涉及到心墙连同坝壳共同滑动时的荷载计算问题[2～3]。加之在高山峡谷地区、深厚覆盖层河道上的超级高坝工程来说，目前国内外尚没有在厚度超过50m的深厚覆盖层地基上建成坝高超过200m的高土石

5、坝的工程实例，国内也缺乏在高山峡谷地区建设300m级心墙堆石坝的设计和施工经验，而国外在高山峡谷地区建设300m级心墙堆石坝的实例也不多[4]。故在高山峡谷地区、深厚覆盖层河道上的超级高坝，对其进行渗流计算分析尤为重要，从而心墙的设计便成为一个关键性问题，本文结合某工程的实际情况，在不同心墙体积的情况下，分别对其进行渗流计算分析，来探讨渗流场的分布情况和自由面的变化规律，为工程大坝结构设计和地基处理设计等提供必要的技术和理论支持，确保工程大坝建设和运行的安全，也为今后我国同类工程的设计积累经验和提供参考[5]。 二、工程概况 　　某工程拟建于大渡河

6、流域上，是大渡河流域上水电梯级开发的上游控制性水库，是大渡河流域水电梯级开发的关键性工程之一。坝址处控制流域面积39330km2，年径流量166亿m3，多年平均流量527m3/s。坝址区河谷属高山深切曲流河谷，出露地层岩性主要为燕山早期木足渡似斑状黑云钾长花岗岩和晚期可尔因二云二长花岗岩，地震基本烈度为7o；河床覆盖层深厚；坝址区无区域性断裂切割。 　　拦河大坝采用砾石土心墙堆石坝，砾石土心墙堆石坝坝顶高程2508.00m，坝顶长度约642m。河床部位心墙底高程2202.00m，最大坝高312m，坝顶宽度16.00m。上游坝坡为1:2.0，下游坝坡

7、1:1.90。心墙顶高程2508.00m，宽4.00m，与防浪墙进行可靠连接，并高于最高静水位；心墙上、下游坡初选均为1:0.2，心墙底部与新鲜基岩相连，最大断面心墙底高程2202.00m，顺河向宽度为128.00m。 三、有限元模型的建立 　　计算模型所选剖面为大坝的最大横剖面，如图1所示，计算模型包括上下游堆石体、上下游过滤层、上下游反虑层、心墙、上下游覆盖层9个材料区，计算模型坐标分别为X轴顺河指向下游为正，Y轴沿坝高铅直向上为正，计算选取范围分别为：水平方向自距上游坝坡300m处至距下游坝坡300m处，铅直方向自坝顶至基岩面；边界条件：上下

8、游坡面为水头边界，AB、CD为零流量边界，BC为基岩不透水边界；图2所示心墙上、下游坡初选均为1:0.2的网格图，其剖分为