摘要
渗流问题是土石坝中的常见问题,严重时影响水库的安全运行,高压旋喷混凝土地下连续墙施工简单、造价低,在土石坝防渗加固工程中有着广泛应用。目前我国病险水库普遍存在渗流问题,对已建水库加固效果的评价研究也很少,因此,对土石坝渗流问题以及防渗加固效果的研究有重要意义。
基于二维饱和-非饱和渗流的基本方程,应用伽辽金法对其进行了离散,得到有限元控制方程。采用用有限元软件SEEP/W对二维饱和-非饱和渗流进行数值模拟,分析了土石坝采用地下连续墙加固后的防渗加固效果。
本文研究了影响土石坝渗流的各种因素,引入饱和-非饱和渗流的基本方程,应用有限元软件SEEP/W对某水库采用高压旋喷混凝土地下连续墙全封闭加固后的防渗效果进行了数值模拟,分别分析了防渗墙、水库、坝体及基础土体性质对渗流的影响,研究结果表明,在对已建水库的防渗加固工程中,防渗墙的施工质量对防渗效果影响最大,库水位变动和绕渗对防渗效果也有一定影响。
以某水库防渗加固工程的效果为例,分析了影响土石坝防渗加固的各种因素,为我国病险水库防渗加固提供参考。
Seepage is a common problem of earth and rockfill dams, it is harmful to the safety of the dam when the seepage is serious. The high pressure circular jet grouting diaphragm wall is popular in seepage reinforcement engineering of earth and rockfill dams because it is chip and easy to build. At present, the damaged dams always have the seepage problem, and the research about the estimate of the seepage reinforcement, so it is essential to study the seepage problem of earth and rockfill dam and the estimate of the seepage reinforcement.
A FEM (Finite Element Method) governing equation for 2-D saturated and unsaturated seepage problem, based on basic seepage equation, is presented by applying Galerkin Method and can be applied in simulating 2-D seepage problems. In anglicizing the reinforced earth and rockfill dams by underground diaphragm wall, the software SEEP/W is used.
In this paper, each factor which affects seepage of earth and rockfill dam is comprehensive analyzed, using the saturated and unsaturated basic seepage equation. The seepage reinforcement engineering of reservoir reinforced by underground diaphragm wall are simulated using the FEM software SEEP/W, the effects of impermeable wall, reservoir itself and dam and foundation are analyzed. It is indicated that the construction quality of the wall is most affected the reinforcement, water level is also a significant factor from the results.
Each factor which affects seepage of earth and rockfill dam is analyzed; the result can be used for reinforcement of other disease dams.
引文
[1] 杜二霞,均质土坝渗流有限元分析研究:[硕士学位论文],保定:河北农业大学,2002
[2] 江春波,梁东方,堤防在交变水位作用下的二维渗流分析,水利水电技术,1999,30(5)
[3] 肖正华,水位变化对土坝、土坡稳定性影响的研究:[硕士学位论文],西安:西安交通大学,2003
[4] 水利水电科学研究院,南京水利科学研究院,水工模型试验(第二版),北京:水利电力出版社,1985
[5] 关明芳,陈洪凯,渗流自由面求解方法综述,2005,24(5)
[6] 宋志远,赵维炳,吴跃东,堤防三维渗流有限元计算分析,电力勘测,2002.12
[7] 王真,饱和-非饱和渗流研究及其在土坡稳定分析中的应用:[硕士学位论文],天津:天津大学,2003
[8] 李广信,高等土力学,北京:清华大学出版社,2004
[9] 毛昶熙,渗流计算分析与控制(第二版),北京:中国水利水电出版社,2003
[10] 林耀生,有限单元法在土坝渗流计算中的应用,甘肃水利水电技术,2003,39(4)
[11] 苑连菊,李振栓,武胜忠等,工程渗流力学及应用,北京:中国建材工业出版社,2001
[12] 毛昶熙,电模拟试验与渗流研究,北京:水利出版社,1981
[13] 钱家欢,殷宗泽,土工原理与计算,北京:中国水力水电出版社,2000
[14] 栾茂田,李顺群,杨庆,非饱和土的理论土-水特征曲线,岩土工程学报,2005,27(6)
[15] Fredlund D G, Xing A, Equations for the soil-water characteristic curve, Canadian Geotechnical Journal, 1994, 31
[16] Fredlund M D, Wilson G W, Fredlund D G, Prediction of the soil-water characteristic curve from the grain-size distribution curve, Proceeding of the 3rd Symposium on Unsaturated Soil, Brazil, 1997
[17] 严飞,詹美礼,速宝玉,饱和-非饱和渗流计算的参数分析,长江科学院院报,2004,21(5)
[18] 张华,非饱和渗流研究及其在工程中的应用:[博士学位论文],武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所,2002
[19] 钟建敏,考虑非饱和渗流的土坡稳定性研究:[硕士学位论文],上海:同济大学,2004
[20] 谢康和、周健,岩土工程有限元分析理论与应用,北京:科学出版社,2002
[21] 顾慰慈,渗流计算原理与应用,北京:中国建材工业出版社,2000,10
[22] 武桂生,许国安,泰安一级抽水蓄能电站上水库坝基二维渗流有限元计算,水利水电工程设计,2000,19(1)
[23] 解宏伟,杨龙,苏晓波,二维渗流场基本物理量的有限元计算法,青海大学学报(自然科学版),1999,17(4)
[24] 师颖,基坑工程非稳定渗流场的三维有限元分析:[硕士学位论文],天津:天津大学,2004
[25] 杜延龄,许国安,渗流分析的有限元法和电网络法,北京:水利电力出版社,1992
[26] 刘小生,吴祥松,袁海平,面向对象有限元方法在大坝渗流计算中的应用,有色金属(矿山部分),2003,55(2)
[27] 施灿彬,杨成斌,寇明国等,岩土工程的计算机软件综述,安徽建筑,2002.2
[28] 刘万忠,周志芳,基于 GEO-SLOPE 的土石坝应力场-渗流场耦合分析,勘察科学技术,2005.2
[29] Lambe, T. W. and Whitman, R.V., Soil Mechanics. John Wiley and Sons,1969
[30] GEO-SLOPE International Ltd, SEEP/W Version 5 USER'S GUIDE,Canada: GEO-SLOPE International Ltd,2002
[31] 宋志彬,张金昌,冯起增等,防渗加固高压旋喷注浆技术的研究与应用,探矿工程,2003.1
[32] 杨革,赵冬虹,苏俭,堤基防渗加固技术的应用,黑龙江水专学报,2002,29(2)
[33] 丛蔼森,地下连续墙的设计施工与应用,北京:中国水利水电出版社,2000
[34] 刘洪辉,朱尊亮,刘祥高,均质土坝除险加固防渗设计研究,水利与建筑工程学报,2003,1(1)
[35] 刘川顺,韩东平,土石坝渗漏原因的相关分析法,大坝与安全,2003.5
[36] 毛昶熙,段祥宝,蔡金傍等,悬挂式防渗墙控制管涌发展的试验研究,水利学报,2005,36(1)
[37] 闫澍旺,王瑞钢,王学军等,白石水库渗流场有限元分析,水力发电学报,2003.2
[38] 刘新喜,夏元友,张显书等,库水位下降对滑坡稳定性的影响,岩石力学与工程学报,2005,24(8)
[39] 程谋晶,谷云香,林虹,碧流河水库大坝绕坝渗流观测资料分析,辽宁省交通高等专科学校学报,2003,5(3)