深厚复杂覆盖层上高土石围堰三维渗透稳定性分析.pdfVIP

水 利 学 报 2010年9月 SHUILI XUEBAO 第41卷 第9期 文章编号：0559-9350（2010）09-1074-05 深厚复杂覆盖层上高土石围堰三维渗透稳定性分析 1，2 1 1 1 王学武 ，党发宁 ，蒋 力 ，许尚杰 （1. 西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048；2. 山西省水利水电工程建设监理公司，山西 太原 030002） 摘要：以某大坝深厚复杂覆盖层上的高土石围堰为例，运用三维渗流有限元理论及3D-seep计算软件，研究了围 堰防渗墙的设计深度，研究发现单纯依靠增加防渗墙的深度并不能解决基坑渗流问题，也不经济，因此建议同时 对左右岸岩体进行帷幕灌浆防渗处理。其次以帷幕防渗处理后左右岸岩体的绕渗流速与防渗墙底部的绕渗流速相 等的原则，研究确定了帷幕灌浆的宽度。之后又对左右岸岩体和防渗墙的渗透系数进行了敏感性分析，得出左右 岸岩体和防渗墙的渗透系数是敏感性参数，若能减小其渗透性，基坑渗流量将会明显减小。最后给出了推荐的围 堰防渗方案，并对推荐方案的合理性进行了分析研究。 关键词：土石围堰；三维渗流；稳定性分析；防渗墙；帷幕灌浆 中图分类号：TU43 文献标识码：A 1 研究背景 随着西部大开发进程的进行，我国西部地区大批高坝大库工程陆续开工建设，高土石围堰的渗 流及渗透稳定性问题也越来越受到关注。对国内外土石围堰的失事机理分析表明，由于渗透破坏原 ［1-2］ 因而造成的失事项目较多，造成的损失巨大 。目前，高土石围堰的渗流研究，主要有模型试验、 ［2-5］ 原位观测、解析方法和数值分析方法 ，对于地质条件及边界条件较复杂的问题，有限元数值分析 ［6-9］ 是最有效的方法之一 。 某高坝工程的上游土石围堰高50.8m，堰前水头高50m，上下游围堰横剖面如图1所示。围堰修 筑于深厚覆盖层上，覆盖层最大厚度62.0m，透水性强，自下而上分为：含漂砂卵砾石层、砂卵砾石 层和含漂砂卵石层。两岸岩体卸荷强烈，透水性强。按照进度要求，围堰工程必须在一个枯水期内 完成，工期紧、水头高、覆盖层厚而复杂、两岸有强卸荷岩体是本土石围堰面临的主要问题。 本文以该工程深厚覆盖层上高土石围堰为例，采用三维有限元算法对围堰防渗墙的合理深度、 两岸是否需要防渗及防渗范围、各渗透参数的敏感性以及围堰渗流及稳定性进行研究，提出合理的 围堰防渗方案。 图1 上下游围堰横剖面 （单位：m） 收稿日期：2010-01-19 基金项目：国家自然科学基金重点项目；国家自然科学基金面上项目50679073）；水利部公益性行业科 研专项（2007SHZ1—200701004）。 作者简介：王学武（1964-），男，山西清徐人，博士生，主要从事岩土计算力学研究。E-mail：wangxuewu1964@ — 1074 — 2 计算条件 ［3，5］ 研究非稳定渗流问题需要求解非稳定渗流场，也就是要对方程（1） 进行有限元求解。 ì∂ æ ∂H ö ∂ æ ∂H ö ∂ æ ∂H ö ∂H k + k + k =μ 在Ω内 ï ç ÷ ∂x x ∂x ∂y y ∂y ∂z z ∂z s ∂t ïï è ø è ø è ø ï ï H