渗流条件

渗流条件（精选4篇）

渗流条件 篇1

0 引言

尾矿库是一种特殊的工业建筑物,也是一座人工建造的具有高势能泥石流的巨大危险源,是矿山安全的头等问题[1]。据不完全统计,在汛期洪水工况下引发的尾矿库事故占各类尾矿坝事故的50%以上。目前,国内外有关尾矿库安全方面的研究[2,3,4,5],主要集中在尾矿库工程对周围环境的影响、尾矿坝稳定性、影响尾矿坝溃决的因素以及尾矿坝地质灾害与危险性评估等方面,对尾矿堆积坝在降雨情况下尾矿坝体稳定性的研究甚少[6,7,8,9]。

降雨会降低尾矿坝坝体的抗剪强度,抬高浸润线使得孔隙水压力升高,另外,长时间、高强度降雨会使得浸润线以上区域出现暂态饱和区,则相应区域会出现暂态孔隙水压力升高的情况。由于许多滑坡事故并不是出现在浸润线抬升到相应高程后才出现的,所以对降雨入渗引起的暂态水荷载需引起足够的重视。

1 尾矿坝降雨入渗破坏分析

由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,尾矿坝在渗流的作用下,可能产生自身的变形和破坏现象,严重情况下甚至出现溃坝。尾矿砂沉积分层作用,产生各向异性渗透速率,对坝内渗流影响很大,尤其对坝内浸润线位置影响非常大。浸润线位置过高,会使坝面或下游发生沼泽化,导致坝体、坝肩和不同材料结合部位有渗流水流出,渗流量增大,引起管涌,最终导致溃坝。

尾矿坝在渗流的作用下,渗流出口处的颗粒特征及其渗透压力的条件对坝体的安全有重要意义。渗流出口处的尾砂在非正常渗流情况下,能导致坝体流土、冲刷及管涌等多种形式的渗透破坏。若渗透压力能克服尾矿颗粒间的联系强度,且尾矿体的内部结构及其边界有颗粒位移的通道和空间,则在渗流场中产生渗透变形。

尾矿坝渗透变形的发生演变过程与地质条件、尾砂级配、水力条件、尾砂渗透性质和防排水措施等因素有关。在流场中作用于尾矿坝体的渗流压力产生的本质是水在渗流过程中受到了尾矿颗粒的摩擦阻力而在渗透途径上损失了水头,尾矿颗粒也受到水沿渗流方向施加于尾矿颗粒的渗透压力。渗透压力在数值上等于渗流方向上损失的水头,其大小取决于渗透坡降。

2 降雨入渗条件下饱和-非饱和渗流模拟

2.1 饱和-非饱和渗流理论

1856年法国水利工程师达西(Henry-Darcy)通过在直立均质各向同性砂柱中的渗透实验(在一维流条件下做不同流量的稳定运动试验),发现了在层流状态时,水的渗透速度与水力坡降成正比,并总结出了著名的Darcy定律[10]:

式中:v—渗流速度,cm/s;q—渗透流量,cm3/s;i—水力坡降;k—比例常数,称为土的渗透系数;A—垂直于渗流方向土的截面积,cm2。

在非饱和土中渗透系数不为常数,而是关于含水量或者基质吸力的函数,且渗透系数会随着体积含水量的不同而有所变化。饱和-非饱和渗流分析的基本方程为:

式中:[K]为透水系数矩阵;{H}为总水头向量;[M]为单元储水量矩阵;{Q}为流量向量;t为时间。透水系数矩阵[K]表示为

降雨入渗过程是入渗水分在非饱和区运动的过程,而降雨入渗边界又是一个流量边界,只是这个流量并不是不变的,在计算过程中需要根据含水率调整入渗流量,从而实现对降雨入渗问题的数值模拟。以二维饱和-非饱和渗流问题为例,所应满足的控制方程和边界条件为:

式中,S1为水头分布规律已知的边界,H1为边界水头。

求解降雨条件下尾矿坝饱和-非饱和渗流场时,应已知该问题的定解条件才能对渗流控制方程进行求解。定解条件包括边界条件和寝条件,求解稳定渗流问题时要知道边界条件。饱和-非饱和渗流计算中,定解条件为以下方程组,初始条件:

式中,H0—已知函数;Ω—渗流区域。由于本次分析设定第一类边界,水头H是给定的无须计算。

2.2 渗流模拟结果及分析

进行有地表入渗的饱和-非饱和非稳定渗流场模拟时,首先要给定计算区域的初始水头场。坝体边坡的边界条件较难给定,特别是尾矿坝两侧的状态很难给定。在缺乏实测值的情况下,非饱和区的初始水头场需要一定的假设,即假设此区域不因降雨而和相邻区域发生水交换,意味着只由初始条件决定。雨水的入渗对初始的渗流场比较敏感,因此本文采用稳定状态下的渗流场获得初始的水头值。

取尾矿坝坝基底边和左右两侧为不透水边界,堆积坝体右侧为不透水边界,沉积滩顶面和排水沟为水头边界。沉积滩顶面的水头根据不同库水位对应的水头高度取值,位于初期坝下游坝脚处的排水沟内水头取0m。某尾矿坝单元三角网格划分图,如图1所示。

尾矿坝渗流场的初始入渗点并不是实际库区水位位置,一般比正常水位高,与尾矿放矿时间长短、库区地形及库区降雨量有关,放矿时间越短、地形较为开阔、降雨较少时,浸润线入渗点就与库水位接近。如图2和图3所示干滩长度150m和100m的渗流图,上游浸润线降低效果越明显,但下游降低效果不明显。

正常情况下(干滩面长度为150m),尾矿坝地下水位线与坝坡面相距一定距离,未发生相交现象,坝体处于稳定状态。随着库水位的上升,干滩长度逐渐降低,尾矿坝地下水位线随之上升,但由于尾矿库排渗系统运行正常,初期透水堆石坝渗透性良好,地下水位线在靠近坝基处显著降低。当干滩长度降低到100m时,地下水位线最靠近坡面处为堆积坝中上部附近,如果出现这种情况,地下水极有可能从该处溢出,出现管涌或坡面沼泽化,并可能造成溃坝事故。随着库水位的升高,坝体内部等水头线趋于密集,坝体内部渗流速度显著加快,这对尾矿坝的稳定性有很不利的影响。

通过模拟可以知,降雨条件下,库水位、浸润线升高很快,特别是在初期坝顶逸出的高度很高,所以要严格控制滩长,即严格控制库水位。一般在上游式尾矿库中后期,由于受到库容的限制,提高库区排洪能力成为中后期的关键。

3 结论

本文针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析。

分析降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,研究尾矿坝渗流场的变化过程,对尾矿库的防洪、泄洪与调洪设计以及汛期尾矿库安全管理与技术措施的制定都有着极为重要的意义。降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析研究对提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义。

摘要：降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生。针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析。研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义。

关键词：尾矿库,降雨入渗,饱和-半饱和,渗流,模拟分析

参考文献

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渗流条件 篇2

关键词：隧道,地下水,渗流

0 引言

隧道工程的地下水问题伴随着隧道工程而产生, 并始终伴随着隧道工程设计、施工和运营的整个过程[1]。在各种复杂或不良的地质条件中, 地下水是影响隧道工程施工、运营和导致成本增加的主要原因之一[2,3]。在地下水丰富的地区, 隧道渗漏水一直是一个具有广泛性、普遍性和危害性的难题[4,5,6,7]。因此, 如何通过有效途径, 弄清楚隧道施工引起的地下水渗流场变化情况, 是隧道施工亟待解决的问题, 对地下水进行经济有效的处理, 是决定隧道工程成败的关键[8,9,10]。

1 数值模型的建立

对于地下水渗流方面的研究, 不同学者在理论与实践中进行了较多的研究, 而理论往往建立在一定的假设前提下, 通常现场条件复杂, 理论解答往往不能完全符合现场实际情况, 而选用数值模拟方法对地下水渗流模型的研究相较于其他方法有着不可比拟的优越性。

1.1 FLAC3D

FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的拓展, 能够进行土质、岩石和其他材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。该程序采用显式拉格朗日算法和混合—离散分区技术进行积分计算, 可求解地质材料的高度非线性、孔隙介质的应力—渗流耦合、热—力耦合以及动力学等问题[11]。本文主要考虑隧道的开挖引起地下水渗流场的变化情况。FLAC3D中的渗流模式可以实现该功能。

1.2 数值模型建立

1) 网格划分。目前常用到的经典渗流计算理论公式, 其适用范围是无限大介质, 参考前人对隧道开挖引起地下水变化的实地试验数据可知其影响半径可达数百米, 故而建模需满足以下条件:a.尽量使模型的边界最大化;b.模型的计算应选用三维的六面体结构;c.数值计算中模拟的隧道开挖进深应与实际相符。

为了使数值模拟得到的结果合理、准确, 在建模时应尽量满足上述所有条件。本文中采取的模型大小如图1所示。除建模外, 网格划分对数值计算的准确性有着一定的影响。在单元形状确定之后, 当单元网格划分越细时, 位移近似解将收敛于精确解。增加网格数量和密度, 计算精度一般也会随之提高。但是, 如果盲目地增加网格数量, 将会大大增加单元网格划分时间及求解方程时间。有时还会因计算的累积误差反而降低计算精度。本文考虑到能准确监测到隧道开挖对周围岩体渗流场影响的动态过程, 对上边界处单元竖向尺寸进行了一定的细化, 本着既能控制计算时间, 又能得到精确的结果为原则划分网格, 如图1所示, 模型中共有3 360个单元。

2) 参数选取。本文中所选取的材料参数如表1所示。

2 数值模拟结果分析

分别就几种不同的工况进行模拟, 对比分析得出, 不同工况下隧道施工对其周围岩体渗流场的影响情况。

施作衬砌情况下地下水位动态变化。在模型中设置水流流动时间为3 d, 围岩渗透系数为10-8m/s, 孔隙率为0.25, 隧道开挖半径5 m, 衬砌厚度为15 cm, 渗透系数为10-12m/s, 对比分析有无衬砌对孔隙水压力分布的影响。

从图2, 图3可以看到隧道孔隙水压力在开挖后3 d内动态变化过程, 并可定性地得出, 在隧道施工过程中及时施加衬砌, 将有利于减缓围岩孔隙水压力的降低程度, 减小隧道施工引起的降水范围。

为了能定量分析有无衬砌对围岩孔隙水压力的影响, 我们对监测点最终的孔隙水压力进行处理分析, 如图4所示。

从图4中我们可以看到, 施加衬砌将有效减小围岩孔隙水压力的变化, 并且对隧道周围的孔隙水压影响最为显著。但是为了控制变量, 我们将流体流动时间设置为3 d, 这将使得隧道上部的水流尽, 所以, 施加衬砌与无衬砌工况下对3 d后离隧道较远处的孔隙水压影响不大。

3 结语

采用FLAC3D数值模拟软件对无衬砌及有衬砌支护情况下地下水位变化趋势进行了研究, 取得了如下研究成果:

1) 分析了隧道排水后孔隙水压力变化趋势及变化规律。隧道开挖后, 隧道围岩孔隙水压力减小, 随时间增长, 渗流影响范围逐渐扩大。

2) 通过对浸润线的描绘, 可得出隧道排水情况下任意时刻地下水位降深, 可为隧道的排水设计以及对隧址区植被生态的保护提供依据。

渗流条件 篇3

实时监测是保证水库大坝安全的重要措施。坝体渗流会受三维因素的影响, 而复杂的边界条件、多样化的地质条件导致在坝体实施的防渗、导渗措施难以落实。通常情况下, 渗流监测是指用人工观测记录监测数据, 定期整编数据变化趋势或者利用软件进行模拟操作, 从而有效分析和控制大坝的工作性态。

2 大坝渗流监测系统设计

渗流监测系统的设计目标是保证堤坝工程安全、高效的运行。在设计监测系统时, 不仅要实现对整体的宏观把控, 还要把控细节要点。整体设计包括设计原则、基本功能和方案3 部分;细节设计则从渗流监测系统硬件和软件2 个方向加以研究、分析。

2.1 系统设计

2.1.1 总设计原则

以现有国家相关规范为设计依据, 设计方案要满足现行《大坝安全监测技术规范》的相关规定。系统设计原则主要包括以下几点:1专业性。严格测定观测设备的架设位置, 并结合工程施工现场的环境、地质特征、数据实验等选择最具代表性的检测点。2可靠性。因为堤坝建设区的自然条件较为恶劣, 所以, 综合地区气候等条件, 不仅要保证检测系统性能的稳定, 还要在不同时段或者特殊环境中保证系统运行的安全性和可靠性。3扩展性。在设计系统容量时, 要考虑今后的扩充范围。4兼容性。对于不同类型的传感器, 信号处理和参数测定时要保证系统具有强大的兼容性。5经济、便于维护。在硬件设备上, 要尽可能控制预算, 保证其具有一定的检测空间, 而且便于后期维护。

2.1.2 基本功能

大坝渗流监测系统的基本功能有3 点:1数据自动化采集。监控系统分区设置检测单元, 通过上位机的管理, 按照设定的检测方式和频率实时采集日常观测数据, 并将采集数据由串口传入GPRS模块。2实时监控。对重点检测区实时观测记录, 结合采集信息对比设计允许值, 根据偏差值判断大坝的受力状态, 一旦出现险情, 要即时启动警报装置。3测量数据计算。修正、整理前期采集的数据, 分析不同时段的变化趋势, 判断堤坝的渗流状态能否达到理论预测。

2.1.3 总体设计方案

目前, 大坝渗流监测的内容主要包括绕坝渗流、渗流量、扬压力、渗水压力、导渗降压和地下工程外水压力等。由于系统监测规模比较大, 所以, 在实际设置相关参数前, 要在实验室内模拟测试。结合设计原则和系统的基本功能, 总体设计方案主要包含3 个模块, 即现场采集终端、数据传输和监控中心。

2.1.3.1 现场监测终端

现场监测终端是由各式传感器构成并形成网络测试结构, 以监测和采集数据为主要功能。利用传感器的工作原理可以实现单点测量、定时测量和巡回测量等, 将采集数据合理分装传送至采集装置 (MCU) 上。监测系统采集的数据主要包括大坝不同部位 (坝基、坝体) 的渗透压力、水库上下游水位和检测区域水温等。传感器将测得的物理信号转为电信号传入采集模块, 而得出的数据通过封装、串口传送最终保存至GPRS模块中。整个流程构成现场监测终端单元。

2.1.3.2 数据传输

相关数据是由传感器采集的, 将其传至采集模块进行转化处理、封装储存, 再由串口传至GPRS模块。监测中心利用网络端口连接GPRS模块读取数据采集包, 通过解析将数据保存至数据库, 以完成采集数据的传输工作。

2.1.3.3 监控和数据处理

监控中心要分析、处理接收到的数据包, 一方面, 要接收、修改、分析、校核、封存数据;另一方面, 要发送采集命令, 通常是指采集形式、采集频度和停止采集等, 以实现双向操控。

2.2 监测系统硬件设计

大坝渗流监测系统硬件设计主要指监测传感器选择和监测仪设计。其中, 传感器单元的设计重点在于选择渗流监测传感器。监测仪的硬件设计包括信号采集、信号转化、数据输入、通讯部分和人机互动等。由于大坝渗流监测时间跨度较大, 所以, 可采用上位机与测试单元、用户交流。为了实时采集、记录和快速反馈数据, 系统设计中通常带有LCD显示部分。整个监测仪硬件设计部分包括电路的数字设计、模拟电路设计和人机接口。

2.3 监测系统软件设计

监测系统软件设计的内容有单片机终端软件设计和监控软件设计。其中, 单片机终端软件设计主要是指应用程序、数据获得、数据分析、通信串行;监控中心软件设计主要是指数据接收、数据显示、计算封装和通信控制等。整个设计以模块化的方式依次展开, 结合系统的基本功能组合、调试, 最终实现各部分的协调兼容, 从而快速完成检测数据的处理反馈。

3 大坝渗流计算机模拟

3.1 计算原理和软件介绍

现阶段, 流体力学解法和水力学解法被广泛应用于大坝渗流计算中。根据广义概念的解释, 还包括图解法、试验法和函数计算法等。其中, 流体力学解法仅适用于部分比较简单的渗流情况。在实际应用过程中, 当边界条件较为复杂时, 对于非均质、非稳定的渗流, 可采用水力学解法结合图解法、试验法等公共求解。渗流计算是在已知定解条件下运用相关方法计算渗流场水头分布及其他渗流要素。20 世纪60 年代, 有限单元法的提出为渗流计算提供了计算理论, 推动了渗流计算向模型化的方向发展。其运行的基本原理是将研究区域原有的连续性状态离解为多个有效的单元体进行研究, 通过变分原理等建立问题研究模式, 得出近似解, 最终运用数学归纳法联立方程式求解。在此过程中, 将有限单元法原理充分智能化的是Ansys软件。该软件集结构、流体、声学等各类物理要素分析为一体, 目前已被广泛应用于各类工业生产和科学研究领域。下面将以Ansys软件为例介绍计算软件在大坝渗流模拟中的作用。

3.2 模拟示例

笔者结合计算原理分析了某水库坝体结构断面的渗流稳定性, 并用计算机模拟相关内容。坝体土质为黏土, 将渗流系数设为a, 绘制其断面形式, 如图1 所示。在Ansys软件中, 分析温度场的相关情况得出计算方程, 并将土体渗流问题转化为温度场问题。然后利用软件提供的死活单元技术杀死处于坝体侵润线上部的单元, 激活下部单元, 参照相应的边界条件分析相关内容。如图2 所示, 采用软件中的网格自适应系统得出渗流水头分布图、流速分布图和渗流梯度分布图等, 以实现对坝体渗流各要素的计算机模拟。渗流梯度分布如图3 所示。

4 结束语

随着水资源的深入开发, 鉴于堤坝建设区地质条件的复杂性, 对大坝的建设规模和所使用的技术提出了更高的要求。安全性是堤坝发挥其作用的前提条件, 合理化、系统化、专业化的渗流监测系统设计是其中的重要环节。本文从渗流监测系统的设计原则、设计内容出发, 阐述了与其设计相关的要点, 并分析了渗流的计算机模拟情况。

参考文献

渗流条件 篇4

本文研究对象古城水库大坝坝中部河槽处分布第四系全新统冲积粉质粘土, 承载力低, 压缩性高, 易引起压缩沉降, 造成坝体开裂及渗漏。老河床部位渗漏、散浸现象较为严重, 原始地面处理不彻底, 接合面及软夹层透水形成。并且由于坝体与坝基间的接合面含有较多腐殖土及较多粉质, 局部含少量砾砂, 施工时清基不彻底, 腐殖土孔隙度大, 土质疏松, 中等透水性, 易形成渗漏;坝基土局部中等透水性, 长期位于高水位情况下, 易形成渗漏。

2 古城水库概况

古城水库最大坝高21.5m, 坝顶长度1070m, 坝顶高程155.50m。主坝坝顶局部沉陷不均, 坝顶高程达不到原设计坝顶高程, 一般在0.1~0.3m之间, 最大处达到0.39m。

古城水库建成后, 经过多年的运行使用, 发现大坝存在很多问题, 大坝下游坡渗水严重, 由于大坝施工质量差, 坝坡面多处沉陷不均, 坡面混凝土块塌陷严重, 损坏面积达13 928m2, 损坏率达61.0%。

通过地质分析, 造成坝基渗漏的主要原因包括: (1) 坝体与坝基间的接合面含有较多腐殖土及较多粉质, 局部含少量砾砂, 施工时清基不彻底, 腐殖土孔隙度大, 土质疏松, 中等透水性, 易形成渗漏; (2) 坝基第 (2) 层土局部中等透水性, 长期位于高水位情况下, 易形成渗漏。

据此对大坝填筑质量进行评价:大坝坝体填筑质量不合格。

大坝下游坡面排水沟损坏严重, 坝下贴坡式反滤排水原设计长200m, 未按设计要求兴建, 实际只建了40m, 且已堵塞失效。由于水库确权划界工作没有到位, 大坝外坡禁脚内农民进行耕作的现象十分普遍, 给大坝造成了一定的安全隐患。据此, 对上游护坡及下游坝脚质量评价为不合格[1]。

3 计算古城水库大坝渗流

在对古城大坝渗流进行计算时, 可以使用二维稳定渗流有限元计算方法, 依据各向同性来对土层渗透性进行分析。在对断面进行计算时, 分别对河床的最大断面 (0+350m) 及岸坡坝断面 (0+485m) 进行计算。计算工况按初步设计的调洪计算结果, 在选择上游水位时, 分别选取了正常蓄水位、设计洪水位以及校对洪水位, 其高度为153m、154m和155m。在选择下游水位时, 河床坝段和岸坡坝段均为136m。

由以上试验可得出如下结论:大坝各土层的渗透系数及允许渗透坡降取值见表1, 根据渗流计算成果[2,3], 见表2。

4 古城水库大坝抗滑计算

根据渗流计算成果, 古城水库大坝抗滑稳定计算取河床段最大断面0+350m和岸坡坝段0+485m来进行计算。依据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2001) 中的有关规定, 水库所在位置的地震动参数标准值为0.05g, 地震烈度保持在Ⅵ度以上, 在进行复核计算时, 地震荷载的作用不进行详细考虑[4,5]。

依据水库的实际情况和《碾压式土石坝设计规范》 (SL274—2001) 的要求, 在对工况进行计算时, 主要分为以下2种情况: (1) 正常工况。在正常蓄水位的情况下, 渗流情况比较稳定, 此时下游坝坡也比较稳定;在设计洪水位的情况下, 渗流情况比较稳定, 此时下游坝坡也比较稳定;正常蓄水位下降到死水位时, 上游坝坡会出现比较稳定的情况。 (2) 非正常工况。在校对洪水位的情况下, 渗流情况比较稳定, 此时下游坝坡也比较稳定;当校对洪水位下降到正常蓄水位时, 上游坝坡会出现比较稳定的情况。使用有效应力法进行计算, 地质资料的有关参数构成了计算参数, 依据已有经验来进行校对, 具体情况见表3。

根据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274-2001) 的规定, 对3级建筑物, 也要使用有效应力法和总应力法, 参考的依据为安全系数的最小值。在对体坝和厚坝计算抗滑稳定性时, 最佳的办法就是使用简化毕肖普法, 此次计算过程中, 对瑞典圆弧法和简化毕肖普法在计算抗滑稳定性的情况进行了认真的对比。最终选择使用的计算程序为岩土工程边坡稳定的计算程序, 它是由北京理正软件研究所研制的。

在水库水位降落期, 采用瑞典圆弧法进行稳定分析时, 其抗滑稳定安全系数可以分别采用有效应力法和总应力法公式进行计算。

用总应力分析, 计算较简单, 无需考虑孔隙压力, 分析的可靠性在很大程度上取决于试验条件模拟现场的实际情况。用有效应力分析, 其抗剪强度一般对试验条件不很敏感, 变化较小, 分析的可靠性主要取决于对剪切面上孔隙压力反映的真实程度。

在稳定渗流期里, 依据渗流分析计算坝体内的渗流压力, 坝体中的孔缝水压力u的计算公式如下:

式中, γW为水容重;h为渗透压力水头。

压缩性比较大的填土中出现水位下降的情况以后, 会有附加孔缝压力出现, 在确定孔缝水压力时会比较困难。在计算时, 采取了取近似值的方法, 对降落时出现的孔缝压力消散的情况没有进行考虑, 孔缝水压力系数不用太精确, 可以按照以下公式进行计算:

式中, h1为填土高度;h为水头损失值。

5 计算结果分析

通过渗流计算可知, 大坝渗流量大, 其原因是坝基、坝体防渗性能较差。坝体为黏土, 允许渗透坡降值为0.40, 坝基 (Q4al) 允许渗透坡降值为0.45。计算成果表明, 坝体出口渗透坡降最大为1.62, 坝体与坝基接触面渗透坡降最大为0.46, 均大于允许渗透坡降, 不满足要求, 坝体容易发生渗透破坏。从渗流计算结果可以看出, 渗流逸出点高程在139.88~151.98m之间, 逸出点过高。加之在水库的实际运行中, 观测到当水库蓄至正常蓄水位附近时, 大坝在下游第二级坡多处发生散浸和明流现象, 理论计算和实际运行情况均说明坝体和坝基在渗流方面不满足要求, 故需要对坝体和坝基进行防渗处理。

依据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274—2001) 的有关规定, 对3级坝体进行稳定分析时, 可以使用瑞典圆弧法。在正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.2;在非正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.1。使用简化毕肖普法后, 在正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.3;在非正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.2。

6 结语

本文采用二维稳定渗流有限元方法对古城水库大坝的进行渗流及抗滑分析, 分别进行了不同工况的计算, 最后得到了大量的结果及图表。研究表明, 水库大坝填筑过程中的清底工作十分重要, 其渗透及渗透稳定性直接关系到大坝的稳定性。

摘要：针对古城水库大坝出现的渗漏问题, 在充分核实和精确计算的基础上, 采用二维稳定渗流有限元计算方法, 进行了渗流分析, 对不同工况进行了计算, 研究了渗流对坝体产生的影响及危害性, 以期为同行提供借鉴。

关键词：有限元,水利大坝,渗流,质量控制

参考文献

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