面板滲透系數對面板壩下游壩坡穩定的影響

【摘 要】針對面板堆石壩面板的滲透系數對下游壩坡穩定性影響的問題，基于二維有限元法建立了相應的模型，運用Geo Studio巖土工程軟件，模擬分析了在不同的面板滲透系數下浸潤線的位置以及下游壩坡的穩定性，論證了防滲系統的有效性。

【關鍵詞】面板壩；有限元；壩坡穩定；Geo Studio軟件

0.引言

近年來，國內很多面板壩都出現了不同程度的擠壓破壞現象，壩體坡面及面板脫空，并致使大壩滲透量產生突變。對大壩的安全帶來了一定危害，引起了工程界高度重視。經過有關人士研究分析得出結論，面板壩出現擠壓破壞、壩體坡面及面板脫空現象的最主要原因是壩體的變形。經過工程實踐證明，修復面板壩的擠壓破壞是可行的，但是很大程度提高了壩體的滲透量[1]。

鑒于此，本文基于二維有限元法研究分析面板堆石壩面板的滲透系數對下游壩坡穩定性影響。

1.工程概況

大壩穩定滲流，壩高23m，上游水位20m，下游水位5m。壩基厚10m，壩體滲透系數k2=2m/d，地基滲透系數k3=0.5m/d，面板滲透系數k1有五種工況0.01m/d、0.015m/d、0.02m/d、0.025m/d、0.03m/d。算得壩體穩定滲流場分布，從而分析面板滲透系數對下游壩坡穩定的影響。

2.有限單元法求解滲流場

有限單元法是用有限個單元的集合體代替連續的滲流場，選擇簡單的函數關系近似地表示單元上的水頭分布，最后解得滲流結點處滿足一定精度的水頭值。

首先將滲流場劃分成有限個小區域，這里常用三角形單元，這是因為三角形單元比較靈活能較好地適應滲流場復雜得邊界形狀和非均質圖層分布，三角形剖分是任意的，根據滲流概念在滲流坡降變化大的部位，或在要詳盡研究的部位單元劃分密些，同一單元中滲透系數為常數，不同土層的分界線應作為單元的邊。單元剖分好后按單元分別插值，差值方法普遍采用多項式插值，即用多項式表示單元的水頭函數[2]。最常用的是線性多項式。如公式1。

3.工程應用

3.1 GeoStudio解決問題的基本流程

環境設置（工作空間的大小、坐標紙的定義）→創建有限元模型（創建或讀入有限元模型）→屬性定義（定義材料屬性、滲透系數等）→網格劃分（采用1m網格）→設置邊界條件→分析求解→查看結果（查看分析結果、檢查結果是否正確）。

3.2 創建有限元模型

根據已建立的模型，導入GeoStudio，并劃分網格。

3.3 分析解算。得到各種工況下浸潤線的直觀圖及數據。

（2）面板滲透系數為0.015m/d的滲流分布，此工況下：滲出點h0為：16.131051；浸沒段坡降：0.36767。

（3）面板滲透系數為0.02m/d的滲流分布，此工況下：滲出點h0為：16.300365；浸沒段坡降：0.36932。

（4）面板滲透系數為0.025m/d的滲流分布，此工況下：滲出點h0為：16.462150；浸沒段坡降：0.37083。

（5）面板滲透系數為0.03m/d的滲流分布，此工況下：滲出點h0為：16.629426；浸沒段坡降：0.37233。

4.下游壩坡穩定分析

出口坡降是校核下游壩坡穩定安全的重要指標。

對于上部滲出段J3J0，并且當計算點的縱坐標等于下游水位時J=□，當計算點的坐標等于滲出點坐標時J=J0（常數）[4]。

對于下部浸沒段。

5.結論

通過計算分析可知，隨著防滲面板滲透系數的增加，導致滲出點高度逐漸增加，下游壩坡滲出點坡降逐漸增大，下游壩坡越不穩定。因此，面板滲透系數越小，下游壩坡越穩定。

【參考文獻】

[1]張文倬.土石壩體與地基接觸面的滲透穩定問題[J].四川水力發電，1995，（4）.

[2]趙永宣.解放村水庫副壩加固中的滲透穩定問題分析[J].甘肅水利水電技術，2003，（1）.

[3]付軍.砂礫石面板堆石壩設計的技術分析[A].大壩技術及長效性能研究進展[C].2011.

[4]李湛.混凝土面板砂礫石壩滲透穩定的可靠性分析[D].新疆農業大學，2000.