非稳定渗流下非饱和土体水力梯度的时变分析.pdfVIP

２０１３年１０月 第３１卷　第１０期 　 Ｏｃｔ．２０１３ Ｖｏｌ．３１　 Ｎｏ．１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０１３．１０．００８ 非稳定渗流下非饱和土体水力梯度的时变分析 １ ２ １ １ 徐存东 ，张硕 ，史国坤 ，常周梅 （１．华北水利水电大学水利学院，河南 郑州４５００１１；２．洛阳水利勘测设计有限责任公司，河南 洛阳４７１０００） 徐存东 摘要：为了研究非稳定渗流对坝体非饱和土体水力梯度的动态变化影响，考虑土体基质吸力与 体积含水量的变化关系，建立了非饱和土体的渗流运动微分方程．采用ＳＥＥＰ／Ｗ软件对均质土 坝在水位降落和上升等工况下的瞬时渗流场进行数值模拟，分析坝体上游侧、下游侧等不同深 度的水力梯度变化值，以探寻坝体不同部位水力梯度在整个渗流历时内的动态变化规律及其可 能发生渗透破坏的主要时间段．数值模拟结果表明：上游侧坝体底部水力梯度会在骤降历时的 ６０％～７０％时间段内出现高出稳定渗流期３６４倍的峰值，是最易引发渗流破坏的时间段；坝体 上游侧水位变动区土体的水力梯度在上升历时的２５％～５０％时间段内增加较慢，在５０％时间段 后迅速增加，增加幅度达３０～５０倍，水位上升历时的５０％时间段之后是其发生水力渗透破坏的 主要时间段；水位升降对坝体下游侧土体水力梯度的影响甚微．计算结果可为大坝的调洪运行 管理提供可参考的决策依据． 关键词：非稳定渗流；非饱和土；基质吸力；水力梯度；渗透破坏 中图分类号：ＴＶ６４１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４－８５３０（２０１３）１０－０８６７－０７ 　　　 徐存东，张硕，史国坤，等．非稳定渗流下非饱和土体水力梯度的时变分析［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０１３，３１（１０）：８６７－８７３． Ｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｆｏｒｎｏｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｉｌ ｉｎｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｅｅｐａｇｅ １ ２ １ １ ＸｕＣｕｎｄｏｎｇ，ＺｈａｎｇＳｈｕｏ，ＳｈｉＧｕｏｋｕｎ，ＣｈａｎｇＺｈｏｕｍｅｉ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ４５００１１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＬｕｏｙａｎｇＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＳｕｒｖｅｙｉｎｇ＆ＤｅｓｉｇｎｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ４７１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｎｏｎｓａｔｕｒａｔｅｄｉｎｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｅｅｐａｇｅ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｎｏｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｅｅｐａｇｅｆｌｏｗｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍａｔｒｉｃｓｕｃ ｔｉｏｎａｎｄｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｗａｓａｌｓｏｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｉｎｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎ．ＳＥＥＰ／Ｗｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄｉｎｄｒａｗｄｏｗｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｒｉｓｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｇｒａｄｉｅｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｅｘｐｌｏｒｉｎｇｔｈｅｒｕｌｅｏｆｈｙｄｒａｕ