水庫(kù)壩體滲流穩(wěn)定性分析

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1、水庫(kù)土石壩壩體的滲流穩(wěn)定性分析方法梁曉英摘要：我國(guó)是水利大國(guó)，水利工程關(guān)系著國(guó)計(jì)民生。土石壩是水利工程中常見(jiàn)的壩型，大壩的穩(wěn)定性一直是人們所關(guān)心的問(wèn)題。滲流和滑坡是土石壩穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵因素，在土石壩的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注這兩個(gè)問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題之間并不是相互獨(dú)立的，滲流和滑坡之間相互聯(lián)系，相互影響，屬于流固耦合問(wèn)題。因此本文總結(jié)了土石壩的滲流問(wèn)題和邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題的分析方法，然后分析了兩者之間的聯(lián)系。本文對(duì)于土石壩穩(wěn)定性分析的滲流、滑坡以及流固耦合問(wèn)題具有一定的參考意義。1引言我國(guó)足水利人國(guó)，水利工程的發(fā)展關(guān)

2、系著我國(guó)的國(guó)計(jì)K生，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)與水利建設(shè)息怠相關(guān)，人民的生活更是離不開(kāi)水利工程的發(fā)展。我國(guó)水利工程眾多，屈于世界前列。土石壩是一種常見(jiàn)的壩型。由于K?施工簡(jiǎn)單，對(duì)地質(zhì)條件的要求與艽他壩型相比較低，并且成木也比較低廉，所以對(duì)于較小的水利工程，更多地采用土石壩這種壩型。隨著科技的進(jìn)步，土石壩的建設(shè)水平也在逐步提高，技術(shù)和方法也得到了完善。大壩的穩(wěn)定性問(wèn)題與人民的生命財(cái)產(chǎn)安全息息ffl欠，要做到對(duì)事故的零容忍，需要得到足夠的重視［11。人壩的安全W題一直是我們所關(guān)心的M題，大壩的安全也就是大壩的穩(wěn)定性W題，

3、這涉及到大壩的滲流問(wèn)題和大壩的邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。在土石壩（如圖1所示）的設(shè)汁屮，首要考慮的問(wèn)題就是滲流和邊坡穩(wěn)定這兩個(gè)問(wèn)題。土孖壩與滲流息息相關(guān)，根裾相關(guān)統(tǒng)計(jì)，滲流引起的壩體失穩(wěn)的事故占所有失穩(wěn)的45%［21。在水庫(kù)蓄水以后，水庫(kù)水位上升，水隨著流入壩體，從壩體內(nèi)滲流到壩體下游。水進(jìn)入壩體以ri,浸潤(rùn)線以下的壩體處于飽水狀態(tài)，壩體的有效成力下降，強(qiáng)度降低，十的粘聚力降低，抗剪強(qiáng)度減弱，增人了壩體失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。丼且，滲流也奮可能引起壩體的管涌、流土等對(duì)壩體有嚴(yán)重?fù)p害的工況。W此，在研究壩體的穩(wěn)定性時(shí)，滲流應(yīng)該作為首耍

4、研究的失鍵因素?；伦阃潦瘔问Х€(wěn)的表現(xiàn)形式，由土石壩的局部滑坡和土石壩的整體泔坡。局部滑坡擴(kuò)展逐漸發(fā)展成土石壩的整體人面積滑坡?；略斐蓧误w損壞，嚴(yán)重的還會(huì)引起人壩崩潰，對(duì)下游的牛.命財(cái)產(chǎn)造成損失。在我國(guó)，山于壩體的滲流滑坡M題引起的潰壩題時(shí)有發(fā)牛.。廣永省揭西縣的橫汀水庫(kù)，由于壩體的質(zhì)fi差，庫(kù)區(qū)發(fā)生連續(xù)性降雨P(guān)發(fā)生丫嚴(yán)重的滲漏，出現(xiàn)滲漏P未得到及時(shí)柯效的處理，最終引發(fā)人壩垮塌失穩(wěn)。壩體的滑坡引起的失穩(wěn)事件時(shí)有發(fā)生。滕口水庫(kù)施工過(guò)程中壩體質(zhì)量未能得到嚴(yán)格管控，造成壩體質(zhì)M低于規(guī)范要求，1961年9月28U3小

5、吋降水達(dá)到271mm,引發(fā)迎水墻發(fā)生猾坡，最終導(dǎo)致壩體垮塌［31。山此可見(jiàn)，滲流和滑坡是土石壩穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵因素，在土石壩的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該重點(diǎn)災(zāi)注這兩個(gè)問(wèn)題［41。這兩個(gè)問(wèn)題之間并不是相互獨(dú)立的，滲流和滑坡之間相互聯(lián)系，相互影響，屬于流同耦合M題［5_81。因此本文總結(jié)了土石壩的滲流問(wèn)題和邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題的分析方法，然后分析了兩者之間的聯(lián)系。木文對(duì)于土石壩穩(wěn)定忡分析的滲流、滑坡以及流固耦合問(wèn)題具有一定的參考意義。)0010(3ooO28421

6、&00601&180淤泥基巖砂碩石基沿Is防滲墻壩蚰線01080(

7、■)k游壩前K庫(kù)水位sF游河床區(qū)圖1土石壩結(jié)構(gòu)示意圖171上游防滲墻2土石壩的滲流分析方法滲流是指流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)，它涉及到流體力學(xué)、巖土力學(xué)和水力學(xué)等學(xué)科。隨肴近現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和理論研究的成熟,滲流逐漸發(fā)展出其ft己的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法，并在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。滲流理論的難礎(chǔ)是達(dá)西定律。1956年達(dá)西通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到丫線性滲透理論，這一理論成為滲流的基礎(chǔ)。1889年H.E.如可夫斯基通過(guò)推導(dǎo)得到了滲流的微分方程。隨后，為了解決較復(fù)雜的滲流W題，巴甫洛夫斯基提出了用于解決滲流I'uJ題的電擬法，隨

8、后在此基礎(chǔ)上，電網(wǎng)絡(luò)法也相繼被提出。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，冇限差分法、冇限元法和邊界元法等數(shù)位分析方法被廣泛應(yīng)用于滲流問(wèn)題屮。土石壩滲流分析研究方法有很多，將其歸類可以分為三種：解析求解方法、物理試驗(yàn)?zāi)M方法、數(shù)值模擬方法,具體情況如圖2所禾。由丁各種方法的求解過(guò)程屮均有一?定的假設(shè)，因此往往采用不同的方法進(jìn)行求解，對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。2.1解析求解方法解析求解方法是直接借助數(shù)學(xué)手段求取基本微分方程解析解的方法。解析求解吋以分為直接解法、S變函數(shù)法、組合法和水力學(xué)法。直接求解是通過(guò)直接對(duì)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，由于該方法直接求解，保證了其結(jié)果的精確性，似是正是山于建立數(shù)學(xué)模型過(guò)程中的諸多條件，導(dǎo)致該方法實(shí)用性不高，多川于簡(jiǎn)單的模型計(jì)算和簡(jiǎn)單問(wèn)題的定S分析中。父變函數(shù)法通過(guò)父變函數(shù)的方法，通過(guò)與己冇解答區(qū)域的域轉(zhuǎn)換求得未知區(qū)域的滲流問(wèn)題。組合法是把一個(gè)較復(fù)雜的求解區(qū)域劃分成簡(jiǎn)單形成的滲流區(qū)域，通過(guò)簡(jiǎn)單區(qū)域的求解最終組合獲得整個(gè)區(qū)域滲流