混凝土面板砂砾石坝二维有限元渗流实例分析

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发布时间：2021-09-18

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混凝土面板砂砾石坝二维有限元渗流实例分析
吴静茹
(宁波城市职业技术学院，浙江宁波315100)
摘要：主要探索面板砂砾石坝的二维渗流计算。利用有限元方法对坝体设置竖向排水体与不设置竖向排水体
两种情况下的渗流和浸润线进行研究，阐述了在坝体中设置竖向排水体能有效地控制浸润线的高度和渗流
溢出点的位置，从而提高坝体下游坝坡的稳定。同时，结合面板砂砾石坝的渗流分析，对面板砂砾石坝的设计
提出了建议，指出："-3面板无裂缝，面板与防浪墙之间的水平缝止水失效时，即使在设置竖向排水体的情况下，
浸润线仍保持一个较高的位置，对坝坡稳定有较大的不利影响，在设计和施工时应予足够重视。
关键词：砂砾石坝；竖向排水体；渗流；有限元
中图法分类号：TV641．43 文献标志码：A
混凝土面板砂砾石坝因其安全性好，施工方便，适
用性强，造价低等优点，近几十年来在国内外得到了广
泛的应用。工程实践表明，一方面砂砾石料具有较高
的抗压强度，变形较小，无论是在饱和还是潮湿状态
下，其压缩变形均较小，而且砂砾石料具有一定的级
配，颗粒磨圆度较好，施工时容易压实；另一方面，由于
砂砾石料抗冲蚀能力低，渗透稳定性较差，要确保坝体
稳定，坝体的渗流控制是混凝土面板砂砾石坝坝体设
计的关键所在。因此，在砂砾石坝坝体设计时，设计人
员所关心的重点问题从常规的变形控制转移到坝体渗
流控制。
本文试图利用岩土工程通用软件geo—sploe程
序，针对面板砂砾石坝，分别就设置竖向排水体和不设
竖向排水体进行渗流计算，通过对2种情况下的浸润
线位置以及渗流量大小的分析，研究渗流对坝体产生
的影响。
1 渗流分析模型
根据渗流的运动方程、连续性方程以及达西定律，
当考虑土和水的压缩性时，二维非均质各向异性非稳
定渗流的基本方程为：
( )+ ( ， ) =．s Oh
a
(1)
式中，h为待求水头函数；k ，k、分别为渗透介质在坐
标、Y方向的渗透系数；S 为单位储水率；t为时间。
当假设土和水不可压缩时，则由式(1)可得二维
非均质各向异性稳定渗流的基本方程为：
)十 ( 、娑)：0 (2)
o 0 o) oy
2 某混凝 J二面板砂砾石坝渗流分析
2．1 坝体基本情况及筑坝材料参数
某混凝土面板坝坝体采用漂卵砂砾料，内设烟囱
式排水体，下游部分填筑开挖石料，上游坝坡
1：1．55，坝顶高程2 894．5 m，最大坝高123．5 m，
坝顶宽度12 m。大坝标准剖面如图1所示。坝体主
要分为垫层、过渡层、排水体、主砂砾石区、下游堆石区
等5个区。材料参数根据试验以及