毕业设计 - 堆石坝渗流分析数值模拟GEOstudio

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，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 饱和渗透系数 渗透系数比 坝壳 0.2 过渡区 0.2 沥青混凝土 防渗帷幕 灰岩岩基 泥岩岩基 1.02E-08 1 1.00E-07 1.25E-06 6.84E-07 1 1 1 2.35E-05 5.00E-05

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、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 正常水位 设计洪水 校核洪水 最大水 力坡降 17.82 16.39 16.56 最大流速 (m/s) 1.06E-05 1.07E-05 1.16E-05 心墙截面 渗流量(m3/s) 2.35E-05 3.50E-05 3.74E-05 出溢处 渗流量(m3/s) 2.16E-05 3.31E-05 3.50E-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。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。