土石坝动力稳定性分析（精选6篇）
土石坝动力稳定性分析 篇1
西藏某水库位于西藏山南地区乃东县索珠乡境内雅鲁藏布江左岸一级支流旺曲上游丁拉沟,坝址处地理坐标为东经91°52'36″,北纬29°30'25″,距山南地区泽当镇41.0 km,距拉萨市186 km。拦河坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝,坝顶高程4 179.35 m,防浪墙顶高程4 180.55 m,坝顶宽8 m,最大坝高67.6 m,坝顶长度365.0 m。渗控措施由沥青混凝土心墙、防渗墙及灌浆帷幕组成。土石坝作为一种堆石材料坝,大量专家学者进行了稳定性方法及稳定性研究[1,2,3,4]。张明等针对在水利工程中土石坝边坡稳定分析和设计相对落后的现状,以概率统计和结构可靠度理论为基础,对土石坝边坡稳定可靠度分析和设计问题,包括土石坝抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角的统计方法和统计特性,土石坝边坡稳定可靠度分析方法,设计表达式中标准值和分项系数的取值问题等,进行了分析研究[5]。李南生等人将非线性统一强度理论应用于土石坝边坡稳定分析中,考虑坝体各应力分量包括中间主应力对土质材料强度的影响,以区别于传统土石坝稳定分析中仅考虑剪切和拉伸极限强度的极限平衡法。提出了一个土石坝边坡稳定优化分析模型,并采用最优化遗传算法对土石坝边坡进行断裂面优化搜索[6]。孙丽丽等人应用有效应力原理,以初始应力方式将渗流场导入到位移应力分析中,基于强度对坝体边坡整体进行弹塑性分析[7]。
文中利用中国水利水电科学研究院所编制的土质边坡稳定分析程序STAB对西藏某水利水库工程土石坝坝坡稳定性进行了分析研究,并对坝体材料参数敏感性进行了分析,研究结果可为该工程坝坡设计提供参考,为类似工程稳定性计算提供一定的借鉴。
1 计算原理及方法
假定滑动面为一圆弧,其半径为R。任取一土条i,其上作用力有土条自重Wi;作用于土条底面的抗滑剪力Ti、有效法向反力Ni'及孔隙水压力uili,假定这些力的作用点都在土条底面中点。除此以外,在土条两侧还分别作用有法向力Ei和Ei+1及切向力Xi和Xi+1,Xi+1-Xi=ΔXi。Ei及Xi分别为法向及切向条间作用力,Wi为土条自重,Qi为水平向地震惯性力,Ni,Ti分别为土条底部的总法向力(包括有效法向力及孔隙水压力)和切向力。根据每一条竖向力的平衡条件有:
或
按照安全系数的定义及摩尔—库仑准则,Ti可写成式(3):
将式(3)代入式(2)得土条底部总法向力为:
在极限平衡时,各土条对圆心的力矩之和应当为0,此时土条间作用力将相互抵消,因此得:
将式(3),式(4)代入式(6),且xi=Rsinαi,最后得到安全系数的公式为:
其中,Xi及Xi+1是未知的,为使问题得解,毕肖普又假定各土条之间力均略去不计,也就是假定ΔX=0,这样式(7)可简化成:
因为在mai内有Fs因子,所以在求Fs时要进行迭代。在计算时,一般可以先假定Fs=1,求出mai(或假定mai=1),再求Fs,再用此Fs求出新的mai及Fs,如此反复迭代,直至假定的Fs与算出的Fs非常接近为止。
2 计算断面及坝体材料参数
2.1 计算断面
计算断面为该土石坝最大断面位置,即桩号0+000 m段。
2.2 坝体材料参数
根据地勘基本资料,坝体各区堆石料计算参数见表1。
3 计算结果分析
3.1 计算工况
结合规范要求,共计算了4种不同的工况,具体如表2所示。
3.2 计算结果
对该水库工程土石坝采用了常用的简化毕肖普方法进行了浅层及深层滑坡稳定计算,此外,还考虑了90%的强度折减情况。各种不同工况下,大坝浅层坝坡稳定性计算结果如表3所示,其中工况1和工况3滑裂面如图1,图2所示。
从表3可以看出各工况下上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数基本上都大于允许安全系数,但是在水库骤降条件下,坝坡稳定安全系数较低,但是需要说明的是,计算坝坡浅表层的稳定基本上没有特别大的意义,当考虑下游护坡等措施后,浅表层的坝坡稳定问题基本上不存在问题。另外,当考虑大坝材料参数的90%折减情况下,坝坡浅层滑动稳定安全系数有所降低,在折减后,除稳定渗流期工况以及施工完建工况上游坝坡满足规范要求外,其他情况下坝坡稳定均不满足规范要求。
各种不同工况下,大坝深层坝坡稳定性计算结果如表4所示,其中工况1和工况3滑裂面如图3,图4所示。
从表4可以看出各工况下上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数都大于允许安全系数,但是在水库骤降条件下,坝坡稳定安全系数较低。另外,当考虑大坝材料参数的90%折减情况下,坝坡浅层滑动稳定安全系数有所降低,在折减后,坝坡稳定均满足规范要求。
4 结语
利用中国水利水电科学研究院所编制的土质边坡稳定分析程序STAB对西藏某水利水库工程土石坝坝坡稳定性进行了分析研究,结果表明,库水位骤降情况下坝坡稳定系数较低,其他工况基本满足规范要求。在对坝体材料力学参数进行90%折减后,坝坡稳定系数相应降低,有多重工况基本不满足规范要求,建议对坝坡坡角进一步合理设计,并严格控制施工质量。
参考文献
[1]陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理·方法·程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[2]郑颖人,赵尚毅,张鲁渝.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J].中国工程科学,2002,4(10):58-61.
[3]吴海真,顾冲时.有限元强度折减法在土石坝边坡稳定分析中的应用[J].水电能源科学,2006,24(4):55-63.
[4]赵剑明.高土石坝地震反应的三维非线性有效应力分析[D].北京:中国水利水电科学研究院,1999.
[5]张明,刘金勇,麦家煊.土石坝边坡稳定可靠度分析与设计[J].水力发电学报,2006,25(2):103-107.
[6]李南生,唐博,谈风婕,等.基于统一强度理论的土石坝边坡稳定分析遗传算法[J].岩土力学,2013,34(1):243-249.
[7]孙丽丽,李宗利.基于强度折减法的土石坝边坡稳定分析与探讨[J].水资源与水工程学报,2009,20(5):113-116.
土石坝渗流稳定分析浅议 篇2
土石坝渗流分析的任务有如下几个方面: (1) 确定坝体浸润线和下游逸出点的位置, 为坝体稳定计算和排水体选择提供依据; (2) 计算坝体坝基的渗流量, 以估算水库渗漏损失和确定排水体尺寸; (3) 计算坝体与坝基渗流逸出处的渗透坡降, 以验算其渗透稳定性.
土石坝渗流分析的方法有公式计算法 (流体力学法﹑水力学法﹑有限元法) 流网法和电模拟法。其中水力学法在建立在一些基本假定之上, 为一种近似解法。但其计算简单且精度并能满足工程要求, 为一种常用的方法。故本设计采用水力学法计算, 其基本假定如下:
(1) 坝体土料为匀质, 坝内任意一点的各个方向上的渗透系数相同且为常数;
(2) 渗流为二元稳定层流, 渗流运动符合达西定律V=K×J (V为渗透流速, K为渗透系数, J为渗透坡降) ;
(3) 渗流为渐变流, 任意过水断面上各点的坡降的流速相同。
二、渗流计算
1. 工程信息
某水库水位为200 m, 库容积15.28亿m3, 保护农田面积1 160万亩, 灌溉面积247万亩。由水利水电枢纽工程的分等指标工程级别为一级, 工厂规模大 (1) 型。相应的水工建筑物的级别:主要建筑物1级;次要建筑物3级;临时建筑物4级。
洪水标准按永久建筑物洪水标准确定, 正常运用的洪水重现期为500年, 非正常运用的洪水重现期为10 000年。
(1) 主坝坝址区河谷为不对称河谷, 右岸比左岸切割深, 两岸有一、二、三级阶地存在, 两岸阶地边缘较平缓, 呈狭长带状。右岸基岩裸露, 左岸基岩上的各级阶地表层均有壤土 (黄土状) 分布, 厚度2~8 m, 局部壤土以下有薄层砂质粘土透镜体存在。河床冲积层厚度一般10 m左右, 最深处16 m, 岩性为砾卵石层。
(2) 主坝坝址区地基岩体主要为太古界片麻岩系, 河床左侧及左岸以正变质花岗片麻岩为主 (gn-M1) , 河床右侧及右岸分布有花岗片麻岩、大理岩及各类片麻岩 (mb-M1~gn-M8) 地层。
河床部分为一两翼坡度较缓的背斜构造, 以25°~35°的倾角向下游倾伏, 背斜左翼岩层走向NE37°、右翼岩层走向NE72°, 倾角35°~45°, 岩体节理发育。有宽几十厘米到1m多的辉绿岩脉、中性岩脉和伟晶岩脉侵入, 多呈走向NW5°~25°倾向NE, 倾角740~85°或近于直立方向, 岩脉的活动影响了地基岩体的完整性。
2. 渗流分析的工况
渗流计算时, 应考虑水库运行中出现的不利条件, 一般需要计算上游正常蓄水位191.8 m与下游相应最低水位147.9 m。此时坝内渗流的坡降最大, 易产生渗透变形。
3. 总渗流量计算公式
根据地形和地基透水层分布情况, 将坝体沿坝轴线分成12个曲边坝段。先计算各坝段交界处的坝体单宽深流量, 然后按下式计算全坝段的总渗流量。
-各坝段长度, m.
-各坝段交界处的坝体单宽渗流量.
三、渗流计算成果
现在以正常蓄水位191.8与下游相应最低水位147.9时的计算工况为例进行计算。
1. 单宽流量计算
2. 总渗流量计算
四、结语
1. 无粘性土管涌货流土的判别
土坝渗流稳定计算可以鉴别土的渗透变形形式, 判别坝体和地基土的渗流稳定性, 进行坝下游渗流逸出段的渗流稳定计算。
根据基本资料, 该坝区的砂砾史料蕴藏丰富。因此筑坝材料以砂砾石为主, 间夹卵石及砾砂, 薄层粗砂。现用简单易行的伊斯托敏娜方法来判断以土体的不均匀系数作为依据, 有筑坝材料筛分试验成果汇总表不均匀系数最大133.5, 最小值33.96, 平均值61.29>20故可能发生管涌。
根据无粘性土的抗渗破坏比降及允许比降参考值改土发生管涌的临界坡降J=0.30, 允许坡降[J]=0.20, 安全系数K=1.5。
2. 渗稳定计算
正常蓄水位与下游相应最低水位时断面渗流区域内的任意一点和逸出点处的抗渗稳定条件:
3. 正常蓄水位的渗流分析
浸润线:取最大剖面得浸润线为
允许坡降可参考下列数字:
摘要：土石坝剖面尺寸初步拟定后, 必须进行渗流分析和稳定分析, 可为确定经济、可靠的坝体剖面提供依据。本文通过对土石坝坝体渗流稳定计算的详细论述, 明确渗流计算的目的和过程, 对类似工程的计算具有指导和借鉴意义。
关键词：土石坝渗流稳定计算,工况
参考文献
某土石坝渗流稳定分析及安全评价 篇3
某大坝坝址控制流域面积为57.92 km2。水库正常蓄水位为974.60 m, 校核洪水位为979.02 m, 死水位962.5 m;总库容297.26万m3 (原始库容) , 正常蓄水位以下库容150万m3 (水库运用30年情况) , 死库容11.60万m3 (水库运用30年情况) , 兴利库容138.43万m3 (水库运用30年情况) 。
2 计算断面的选取
本次渗流计算分析, 大坝典型断面选取主河槽处最大坝高断面, 根据该大坝地质勘察报告提供地质参数计算, 大坝断面为透水地基上的有棱体排水的均质土石坝, 上游坝坡为1∶2.75, 下游边坡为1∶2.5, 在上下游坝面968.20 m高程处各设置一马道, 马道宽2 m, 大坝断面见图1, 计算参数见表1。
3 允许渗透坡降计算
3.1 渗透坡降计算
下游排水体失效时, 浸润线将从下游坝坡逸出, 并假定发生渗漏时的下游水位为0 m。
渗透坡降计算采用有限元二维渗流方法, 土层渗透系数按各向同性考虑。取坝体最大断面进行渗流计算。
渗透坡降J计算公式按照达西定律基本公式[1]:
式中:J——渗透坡降;
L——渗透途径长度;
ΔH——上下游水头差。
3.2 发生流土的临界渗透坡降计算
式中:Ja——临界坡降;
γs——土体容重;
γ0——水容重;
n——孔隙率。
计算发生流土的临界渗透坡降Ja=0.51, 即坝体允许渗透坡降J<0.69, 坝基允许渗透坡降根据《水工设计手册》[2]中选取, 取0.48。
3.3 渗流量及渗流水深计算
大坝渗流量及渗流水深 (参考《水工设计手册》第三卷) 用下列公式计算:
有限透水地基均质土坝:
当
其中, q为通过坝体及坝基的渗流量;qd为通过坝体的渗流量, 按不透水地基上的均质土坝计算;h0为大坝渗流量计算中渗流水深;m2为大坝下游坡比;m1为上游坡比;a为出逸点与下游水位高差;T为有限透水地基厚度;H1为上游水深;H2为下游水深;L为渗径;k为坝体渗透系数;k0为坝基渗透系数。
4 安全分析
4.1 渗透坡降计算成果
渗透坡降计算成果见表2。
由表2可以看出大坝在各种工况下的渗透坡降均小于允许渗透坡降, 大坝不存在渗透变形破坏。
4.2 各种工况下浸润线位置
各种工况下浸润线位置见图2。
各种工况下浸润线坐标见表3～表5。
5 结语
土石坝的渗流稳定分析一直是土石坝坝工建设与管理中所面临的重要研究内容之一, 通过对某土石坝的典型断面进行二元渗流分析, 选取校核洪水位、设计洪水位、兴利水位为三种计算工况, 计算结果表明大坝在各种工况下的渗透坡降均小于允许渗透坡降, 大坝不存在渗透变形破坏, 并同时确定了该工况下的浸润线位置。
摘要：以某土石坝工程为研究对象, 根据该大坝地质勘察报告提供地质参数计算, 选取典型断面进行渗流计算, 确定各工况下的浸润线位置, 并对计算结果进行分析, 评价结构的安全状况, 研究结果表明:大坝在各种工况下的渗透坡降均小于允许渗透坡降, 大坝不存在渗透变形破坏。
关键词：土石坝,渗流计算,安全评价
参考文献
[1]吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社, 2008.
[2]华东水利学院.水工设计手册[M].北京:水利电力出版社, 1983.
土石坝动力稳定性分析 篇4
1 某小型水库的基本状况
我国某小Ⅱ型水库位于某中级城镇境内, 大坝为均质土坝, 最大坝高15.57m。坝体土和坝基的渗透系数K分别为1.90×10-5cm/s、3.6×10-6cm/s。该水库现已运行二十多年, 勘测、设计及施工方面均存在较多缺陷, 加上建设和运行期间缺少资金, 建设和管理无法按要求到位, 给工程留下许多隐患。主坝外坡左侧高程79.5m处左右有湿润散浸, 其中2处渗水水流浑浊并有细粉粒带处地表, 属非正常渗漏, 右端有3处湿润散浸。主坝右、左两岸坝肩接触处坡脚均见一股渗漏水, 其流量约0.04~0.08L/s。针对这一现状, 工程人员对其进行了灌浆加固处理。
2 病险土石坝的计算工况和计算结果
计算工况:根据该水库的水位值及运行调度情况, 水库水位从正常蓄水位798.80m降至死水位790.50m大约需要20d, 库水位的平均降速为v=0.42m/d, 该水库在库水位下降时为缓降类型, 上游坝坡中渗流为非稳定渗流。故对其分六种情况进行渗流计算, 具体工况为:工况1:上游为正常高水位798.80m时的情况;工况2:上游为设计洪水位799.60m时的情况;工况3:上游为校核洪水位799.90m时的情况;工况4:上游库水位由798.80m降至死水位790.50m时的渗流情况;工况5:上游库水位由799.60m降至死水位790.50m时的情况;工况6:上游库水位由799.90m骤降至798.80m再降至死水位790.50m时的情况。工况4、5、6为非稳定渗流工况。
计算结果:根据坝体内浸润线位置, 工况1到工况6渗流时的渗透坡降分别为J=0.34-0.43。由《水利水电工程地质勘察规范》中的公式计算可得出坝体土的临界渗透坡降为J= (Gs-1) (1-n) =0.96, 允许的渗透坡降[J]=0.48, 工况1到工况6的渗透坡降计算值均小于规范所得的允许值。
3 病险土石坝加固前的渗流与坝坡稳定分析
鉴于该水库是人工打夯碾压土坝, 技术含量低, 使上坝土料含水量控制不严、土质较差、压实不均匀, 导致坝体质量较差。现场踏勘表明, 下游坝坡在桩号0+049、高程794.08m处、桩号0+063、高程795.84m处、桩号0+067、高程795.00m处存在三个集中漏水点, 总渗漏量达到0.6L/s;下游坝坡在桩号0+016-0+052、高程792.12~788.17m范围内存在散浸现象, 渗漏量达0.4L/s。现场钻孔注水试验资料表明:坝体土的渗透系数K=7.1×10-5-2.4×10-4, 属弱-中等透水层。综上所述, 建议进行防渗处理。坝基和坝肩属弱透水层, 可不进行防渗处理。
4 病险土石坝加固后的渗流与坝坡稳定性分析
为了能够更加精确的对土石坝的渗流与坝坡稳定进行分析, 以进一步确保坝体加固工程的施工质量, 保证修复后的土石坝能够达到技术要求的基本性能, 我们对加固后的土石坝再次进行了稳定分析。本次工程中, 我们主要采取了极限平衡法与有限单元法的分析方法, 其具体的分析内容如下所示:
4.1 极限平衡法
稳定分析的目的在于确定潜在破坏面的安全系数, 安全系数的定义为抗滑力和滑动力之比。极限平衡法将滑动土体分成若干土条, 每个土条和整个滑动土体都要满足力和力矩平衡条件。在静力平衡方程组中, 未知数的数目超过了方程式的数目, 解决这一静不定问题的办法是对多余未知数作假定, 使剩下的未知数和方程数目相等, 从而解出安全系数的值。在本工程中, 对土石坝修复加固后的边坡进行了极限平衡法的分析, 分析结果显示坝坡的滑动安全系数值相对较高, 符合有关规定的参数要求。
4.2 有限单元法
有限单元法在有关边坡、坝体的抗滑稳定分析中应用得最早、也最为广泛, 它的优点是考虑边坡岩土体的各向异性和不连续性, 它可以给出岩土体的应力应变大小、分布规律、变化趋势, 以及屈服贯通区域等, 克服了刚体极限平衡分析法假定条件较多的缺点, 计算过程严密、计算结果精确, 能从应力应变关系去分析边坡、坝体的失稳破坏机理, 从而得出最容易发生变形破坏和首先需要采取加固措施的部位等。有限单元法也存在自身的缺陷, 如求解大变形、位移不连续等问题, 对于无限域、应力集中等问题的求解也不甚理想。
所有渗流区域内的节点的水头函数值就近似地代表了整体的水头函数。这样的求解过程实质上就是把原来用微分方程求解变换为若干个待定值的代数方程。一经求出这些未知量, 就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值, 进而得到整个求解域上场函数的近似值。显然随着单元数目的增加, 解的近似程度将不断改进, 只要单元满足收敛要求, 近似解最后将收敛于精确解。因而采用有限单元法能够更加精准的确定大坝的稳定性。
5 结论
通过上述分析我们可以看出, 在该水库的土石坝运行中, 防渗墙的墙体发生了较大的病害, 加大了坝体的渗流作用, 另外, 防渗墙的底高程和墙体的渗透系数也是影响土石坝渗流与边坡稳定的主要因素。在经过详细的分析后, 我们得出了土石坝渗流场变化的状况以及边坡可能出现滑坡危险的形成机理, 从而制定了最佳的土石坝加固方案, 并在加固后对土石坝稳定性再次进行分析, 所得分析结果显示, 土石坝已经基本恢复正常运行, 稳定性较为良好。
参考文献
[1]孔伟.小型土石坝防渗加固前后渗流及稳定分析[J].长沙理工大学, 2010.[1]孔伟.小型土石坝防渗加固前后渗流及稳定分析[J].长沙理工大学, 2010.
土石坝动力稳定性分析 篇5
1 工程概况
某土石坝为一小型水库的大坝, 坝体主要施工材料为均质土, 坝体最高处高达15.57m。该大坝自建成后已经运行了近20年时间, 当时的设计施工水平都相对较低, 大坝本身就存在较多的质量问题, 再加上受技术和资金的限制, 期间很少对其进行大范围的整修和养护, 使得渗漏现象较为严重, 严重影响了坝体的整体性与安全性。经过勘查后发现, 当前该大坝的坝体渗透系数已经达到了1.90×10-5cm/s, 而坝基的渗透系数则为3.6×10-6cm/s。另外, 在大坝的左侧高程9.5m处左右有湿润散浸, 其中2处渗水水流浑浊并有细粉粒带处地表, 属非正常渗漏, 右端有3处湿润散浸主坝右左两岸坝肩接触处坡脚均见一股渗漏水, 其流量约0.04~0.08L/s, 针对这一现状, 工程人员对其进行了灌浆加固处理。
2 病险土石坝的计算工况和计算结果
计算工况:根据该水库的水位值及运行调度情况, 水库水位从正常蓄水位798.80m降至死水位790.50m大约需要20d, 库水位的平均降速为v=0.42m/d, 该水库在库水位下降时为缓降类型, 上游坝坡中渗流为非稳定渗流故对其分六种情况进行渗流计算, 具体工况为:工况1:上游为正常高水位798.80m时的情况;工况2:上游为设计洪水位799.60m时的情况;工况3:上游为校核洪水位799.90m时的情况;工况4:上游库水位由798.80m降至死水位790.50m时的渗流情况;工况5:上游库水位由799.60m降至死水位790.50m时的情况;工况6:上游库水位由799.90m骤降至798.80m再降至死水位790.50m时的情况;工况4-6为非稳定渗流工况计算结果:根据坝体内浸润线位置, 工况1-6渗流时的渗透坡降分别为J=0.34-0.43。由水利水电工程地质勘察规范中的公式计算可得出坝体土的临界渗透坡降为J= (Gs-1) (1-n) =0.96, 允许的渗透坡降[J]=0.48, 工况1-6的渗透坡降计算值均小于规范所得的允许值。
3 病险土石坝加固前后的渗流与坝坡稳定分析
病险土石坝在加固完成后, 需要对加固效果进行分析, 主要是对坝体渗流以及坝坡稳定性进行分析, 这样可以使施工单位掌握土石坝整体性能, 也可以为土石坝的进一步加固提供重要的参考资料。在分析的过程中, 要采用对比的方式, 相关人员需要先分析病险状态下的土石坝渗流情况与坝坡稳定性, 然后在分析加固后的土石坝渗流情况以及坝坡稳定性, 这样才可以客观的评价加固效果。对病险土石坝加固前后渗流与坝坡稳定性的分析, 可以了解土石坝存在的病险问题, 这也为其他病险土石坝加固处理提供了重要的参考依据, 还可以分析出施工单位采用的加固技术的加固效果, 有助于对加固技术的改进与优化。对加固前的分析主要是对病险情况进行分析, 而加固后的分析主要是对加固方法进行分析。所以, 病险土石坝加固前后的渗流与坝坡稳定分析, 可以保证水利工程效用的最大发挥, 可以为社会发展做出更大的贡献。3.1病险土石坝加固前分析。本文所介绍的工程案例中, 土石坝修建主要采用了人工打夯碾压技术, 由于建造的时间比较长, 所以, 施工方法不够先进, 使得大坝土质压实程度比较低, 而且压实效果存在不均匀的现象。经过检验, 该工程的土石坝整体质量比较差, 而且在使用的过程中, 没有进行很好的维护与修复, 使得该土石坝存在的病险问题比较多。相关工作人员在对病险土石坝加固前渗流与坝坡稳定性进行分析后, 得出以下结论:下游坝坡在桩号0+049高程794.08m处桩号0+063高程795.84m处桩号0+067高程795.00m处存在三个集中漏水点, 总渗漏量达到0.6L/s;下游坝坡在桩号0+016-0+052高程792.12~788.17m范围内存在散浸现象, 渗漏量达0.4L/s现场钻孔注水试验资料表明:坝体土的渗透系数K=7.1×10-5—2.4×10-4, 属弱-中等透水层, 综上所述, 建议进行防渗处理坝基和坝肩属弱透水层, 可不进行防渗处理。3.2病险土石坝加固后的分析。3.2.1极限平衡法。对病险土石坝加固后的渗流以及坝坡稳定性的分析, 主要是对加固方法的分析, 这样可以了解病险土石坝破坏面的安全系数, 可以对这一安全系数的抗滑力以及滑动力进行有效的分析, 可以衡量土石坝加固后的稳定效果。极限平衡法是衡量是一种有效的分析方法, 其将滑动土体分为若干个等份, 并逐一对这项滑动土体的稳定性进行分析, 可以提高坝坡的稳定性, 还可以保证加固后的效果达到施工设计要求。在静力的作用下, 如果未知数的数量超过公式计算标准, 则说明静置力度无法满足加固的要求, 所以, 工作人员只能对未知数进行分析, 但是却缺乏实际意义, 无法保证加固效果达到设计要求。在对病险土石坝加固后渗流与坝坡稳定性进行分析时, 对边坡稳定性的计算一般是采用极限平衡法, 通过分析的结果, 可以对加固技术进行客观的评价, 还可以总结出安全系数更高的坝坡控制措施。3.2.2有限单元法。有限单元法也是病险土石坝加固后渗流与坝坡稳定性的有效分析方法, 这一方法经常应用才加固检测中, 而且对提高土石坝坝坡抗滑性有着较大影响。在应用这一方法时, 一定要充分考虑坝体的结构与特征, 还要对土体土质进行准确的分析, 这有利于增强土体应变能力以及加固效果。有限单元法也是一种计算结果准确的方法, 在计算的过程中, 一定要严谨、认真, 还要灵活应用计算方法, 要根据土体应变能力, 分析边坡稳定性以及坝体失稳的原因, 这样才能得出有效的控制方法, 相关工作人员还要掌握好控制的力度, 这样才能保证加固后分析结果的准确性以及可靠性。尽管利用有限单元法分析坝坡稳定性具有一定的应用优势, 分析结果较为准确, 但是同时其也存在一些缺点和不足, 影响了其在水利工程坝坡稳定分析中的应用。如有限单元法求解会出现较大的变形、求解中位移不能保持连续性、有限元的应用不够理想等等。并且在分析的过程中, 有限单元法会把渗流区域内的所有节点当做整体节点进行函数求值, 从而改变了微积分的求解方式, 使其成为具有若干固定答案的代数求解问题, 不能真实的反映出坝坡的稳定性。
结束语
土石坝是水利工程的重要组成部分, 有的水利工程由于所处的环境比较恶劣, 而且相关工作者没有做好维护工作以及防护处理, 使得土石坝出现了较多的病险以及质量问题, 这极大的影响了土石坝的使用质量, 而且阻碍了水利工程的正常运行, 为了改善这一问题, 必须对病险土石坝进行加固处理, 为了保证加固的效果, 总结出有效的加固方法, 工作人员还需要对病险土石坝加固前后渗流与坝坡稳定性进行对比分析, 这样才能客观的评价加固方法的有效性。
摘要：对病险土石坝进行有效加固是保证土石坝安全稳定运行的关键。结合工程实例, 对病险土石坝加固前后渗流与坝坡稳定性对比情况进行了介绍, 并对病险土石坝加固分析法进行了探讨, 希望给相关施工人员提供一定借鉴经验。土石坝在水利工程中应用比较多, 有的土石坝施工质量不过关, 在使用一段时间后出现了较为严重的病害问题, 这影响了土石坝的抗渗性以及稳定性, 必须采取有效的措施对其进行加固处理, 这样才能保证水利工程的正常运行。
关键词：病险土石坝,加固,渗流,坝坡,稳定
参考文献
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土石坝动力稳定性分析 篇6
1 工程概况
某小型水库以土石坝修建, 这一水利工程位于一个中等级别的城镇中, 其土石坝的坝身总高度为15.67m。以K来表示坝体土以及坝基的渗透系数, K值分别为2.10×10-6cm/s和3.5×10-5cm/s。该水库的建设初始时间较早, 距今以及二十年, 在长期的使用中, 其因为各种因素的影响, 而出现了许多施工上的问题, 加上在最初施工的过程中, 由于施工技术的限制以及资金的短缺, 使得施工中存在有很多的质量隐患。在该水库的主坝上, 采用的都是土坝修建, 在其外坡左侧90.2m的位置上, 有一部分的湿润处, 其中有两个位置已经出现渗水的情况, 并且渗流中带有沙土碎石, 这些碎土砂石随着渗流流到地表上。这样的渗流状况是一种非正常的渗漏问题。而在主坝外坡的右侧位置, 也有几处地方出现了湿润散浸的情况。可见, 在主坝的左右两侧外坡的位置上, 都出现了不正常的渗漏问题, 而且渗流的流量均在0.05-0.09L/S的范围内。就这一情况来说, 最佳的处理方法就是采用灌浆加固法进行加固处理。
2 病险土石坝的计算工况和计算结果
计算工况:就该水库的实际运行状况以及水流的流量来进行计算, 可以得出, 当水库的水位处于正常的蓄水位802.12m的时候, 如果要将其水位降到死水的水位795.63m时, 需要的时间一般在半月到一个月之间, 水库中水位的平均降低速度在0.50m/d左右, 就该水库来说, 这一降水位速度相对较慢, 属于一种缓慢降速的类型。而在上游的坝坡中, 渗流主要表现为一种非典型的渗流情况, 渗流并不稳定。依据该水库的渗流情况, 可以将其分为六个部分进行渗流的计算, 其中第一部分就是在上游的等高水位下, 进行渗流的计算;第二部分就是在上游的设计水位上进行渗流的计算;第三部分就是在上游校正的水位部分进行渗流的计算;第四部分就是在上游水位的标准水位降低到死水水位的情况下, 进行渗流的计算;第五部分就是也是在水库的正常水位降至死水水位的时候进行计算, 但是其与前一部分的不同点在于, 其水位降低的起始高度与最终达到的高速不同;第六部分就是上游水库中的水位突然出现降低的情况下, 对渗流进行计算。上述的这几部分中, 第四、第五以及第六部分的渗流都属于非稳定状态的渗流。
计算结果:根据坝体内浸润线位置, 工况1到工况6渗流时的渗透坡降分别为J=0.34-0.43。由相关公式计算可得出坝体土的临界渗透坡降为J= (Gs-1) (1-n) =0.96, 允许的渗透坡降[J]=0.48, 工况1到工况6的渗透坡降计算值均小于规范所得的允许值。
3 病险土石坝加固前的渗流与坝坡稳定分析
鉴于该水库是人工打夯碾压土坝, 技术含量低, 使上坝土料含水量控制不严、土质较差、压实不均匀, 导致坝体质量较差。现场踏勘表明, 下游坝坡在桩号0+049、高程794.08m处、桩号0+063、高程795.84m处、桩号0+067、高程795.00m处存在三个集中漏水点, 总渗漏量达到0.6L/s;下游坝坡在桩号0+016—0+052、高程792.12—788.17m范围内存在散浸现象, 渗漏量达0.4L/s。现场钻孔注水试验资料表明:坝体土的渗透系数K=7.1×10-5—2.4×10-4, 属弱-中等透水层。综上所述, 建议进行防渗处理。坝基和坝肩属弱透水层, 可不进行防渗处理。
4 病险土石坝加固后的渗流与坝坡稳定性分析
要想使得病险土石坝中的渗流可以得到稳定处理, 就需要对病险土石坝加固前后的渗流进行合理的计算和分析, 保障坝坡稳定的基础上, 就可以有效的保障病险土石坝整体结构的稳定性, 这样就可以合理的保障水利工程实际作用的合理发挥, 就本文所提高的水库工程实例来说, 对其土石坝的渗流以及稳定性进行分析的时候, 可采用的方法为极限平衡法以及有限单元法, 而具体的分析方法主要包括以下几个方面的内容:
4.1 极限平衡法
稳定分析的目的在于确定潜在破坏面的安全系数, 安全系数的定义为抗滑力和滑动力之比。极限平衡法将滑动土体分成若干土条, 每个土条和整个滑动土体都要满足力和力矩平衡条件。在静力平衡方程组中, 未知数的数目超过了方程式的数目, 解决这一静不定问题的办法是对多余未知数作假定, 使剩下的未知数和方程数目相等, 从而解出安全系数的值。
4.2 有限单元法
有限单元法在有关边坡、坝体的抗滑稳定分析中应用得最早、也最为广泛, 它的优点是考虑边坡岩土体的各向异性和不连续性, 它可以给出岩土体的应力应变大小、分布规律、变化趋势, 以及屈服贯通区域等, 克服了刚体极限平衡分析法假定条件较多的缺点, 计算过程严密、计算结果精确, 能从应力应变关系去分析边坡、坝体的失稳破坏机理, 从而得出最容易发生变形破坏和首先需要采取加固措施的部位等。有限单元法也存在自身的缺陷, 如求解大变形、位移不连续等问题, 对于无限域、应力集中等问题的求解也不甚理想。
所有渗流区域内的节点的水头函数值就近似地代表了整体的水头函数。这样的求解过程实质上就是把原来用微分方程求解变换为若干个待定值的代数方程。一经求出这些未知量, 就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值, 进而得到整个求解域上场函数的近似值。显然随着单元数目的增加, 解的近似程度将不断改进, 只要单元满足收敛要求, 近似解最后将收敛于精确解。因而采用有限单元法能够更加精准的确定大坝的稳定性。
结束语
在土石坝长期的运行中, 其很容易出现非稳定渗流的情况, 从而造成渗漏现象的加重, 对下游人们的生命安全以及正常生活都造成了严重的影响。因此, 要想解决这种问题, 就需要采取有效的分析方法, 来对病险土石坝加固前后的渗流以及坝坡的稳定性进行合理的分析, 依据分析的结果来进行土石坝的加固处理, 保障土石坝整体结构的稳定性。而分析过后, 就可以有效的总结出渗流变化参数以及滑坡问题发生的因素, 从而可以有效的制定出具体的加固方案, 以保障土石坝的整体加固效果, 从而保障土石坝可以正常的运行。
摘要：土石坝在水利工程中占有重要的地位, 土石坝在目前的水利工程中应用仍然较为广泛。然而, 土石坝也会出现一定的病险问题, 因此, 需要采取有效的措施对其进行加固处理, 并保障病险土石坝坝坡的稳定性。而本文就是针对病险土石坝加固前后的渗流与坝坡稳定进行了简要的分析, 仅供同行交流和参考。
关键词：病险土石坝,加固,渗流,坝坡,稳定
参考文献
[1]孔伟.小型土石坝防渗加固前后渗流及稳定分析[J].长沙理工大学, 2010.
[2]文久, 金基君.某水库坝体渗流评价及处理措施[J].吉林水利, 2011 (11) .