柳江工农水库大坝渗流稳定分析

摘要

作为一种古老的水工建筑物，土石坝在世界范围内被广泛采用，在世界绝大多数国家中，土石坝建设一直居于首位，且数量占比重达82％以上；在中国大中型水库90％以上是土石坝，小型水库绝大多数都是土石坝。对于土石坝而言，渗流问题往往与之并存，在对大坝失事统计调查中，无论是从世界范围还是从国内范围，由渗流问题导致的溃坝事件占据了重大比例，由此而造成的经济损失也是十分惨重的，因此对土石坝进行渗流稳定研究极其必要，可为水库大坝除险加固提供可靠的理论依据。
　　 本文分析了渗流问题对土石坝安全的影响，回顾了土石坝渗流研究现状，阐述了渗流分析的基本理论和方法，介绍了柳江工农水库大坝基本地质情况，针对柳江工农水库大坝的实际情况，采用有限元法对不同工况下的坝体进行了渗流分析，并在渗流分析的基础上对坝体进行了稳定分析，主要做了以下工作：
　　 1．利用温度场与渗流场的相似性，采用温度场对工农水库坝体在正常蓄水位工况下进行二维稳定渗流有限元分析，得出了总水头云图、流速矢量图、压力水头等值云图以及渗流浸润线；
　　 2．采用有限元法对工农水库坝体不同工况进行了二维稳定和不稳定渗流分析，得出了不同工况坝体的水力比降、渗流量和浸润面，给出了正常蓄水位工况和校核洪水位经ld降至正常蓄水位工况下的彩色云图，并分析了各个工况下坝体的渗流状况；
　　 3．对比分析了采用温度场进行渗流有限元分析与直接采用有限元法进行渗流分析的结果；
　　 4．针对渗流分析结果，采用瑞典圆弧法对坝体进行渗流稳定性分析，分析了不同工况下大坝上、下游坝坡的稳定，确定了不同工况下上、下游坝坡稳定安全系数。
　　 通过上述分析研究工作，从理论上表明大坝渗流状况正常，这与大坝实际渗流状况相符，但理论分析发现下游坝坡存在渗流稳定安全隐患，需对其进行除险加固。本文不仅采用有限元法进行渗流分析，还有益尝试采用温度场进行土石坝稳定渗流有限元分析，通过结果对比，证明采用温度场对本文土石坝实例进行稳定渗流有限元分析行之有效，研究成果及方法可为土石坝的除险加固提供参考依据，具有一定的理论价值和实用意义，且基于采用温度场进行土石坝稳定渗流有限元分析具有方便、快捷以及准确度高等优点，可以在类似工程中推广应用。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3 本文的内容及研究意义

1.3.1 本文的主要内容

1.3.2 本文研究的意义

1.3 本章小结

第2章 土石坝渗流分析基本理论

2.1 渗流基本理论[16，21，22，69]

2.1.1 渗流计算的任务及内容

2.1.2 达西定律

2.1.3 渗流的基本微分方程

2.1.4 定解条件

2.2 渗流分析方法及适用范围

2.2.1 理论分析方法 理论分析方法

2.2.2 试验分析方法

2.2.3 各方法的适用性

2.3 渗流分析有限元法

2.3.1 有限元法基本原理

2.3.2 有限元法插值函数

2.3.3 有限元法实施步骤

2.4 本章小结

第3章 工程概况[73]

3.1 区域地质概况

3.2 库区地质概况

3.3 工程区地质概况

3.3.1 地形地貌

3.3.2 地层岩性

3.3.3 地质构造

3.3.4 水文地质条件

3.3.5 岩体风化特征

3.3.6 近坝库岸稳定性

3.4 本章小结

第4章 大坝运行状况及工程地质条件评价

4.1 大坝运行状况

4.1.1 加固及扩建历史

4.1.2 大坝渗漏状况

4.2 坝体工程地质条件及评价

4.2.1 坝体工程地质条件

4.2.2 坝体工程地质条件评价

4.3 坝基工程地质条件与评价

4.3.1 坝基工程地质条件

4.3.2 坝基工程地质条件评价

4.4 工程质量综合评价

4.5 本章小结

第5章 土石坝二维渗流稳定分析

5.1 利用ADINA的热分析功能进行土石坝二维稳定渗流数值模拟

5.1.1 有限元软件ADINA简介

5.1.2 ADINA热分析功能简介

5.1.3 温度场与渗流场的理论相似

5.1.4 渗流分析算例

5.1.5 基于ADINA热分析功能的渗流分析

5.2 基于理正渗流有限元软件的土石坝二维渗流分析

5.2.1 理正渗流有限元软件简介

5.2.2 计算断面及参数的选取

5.2.3 计算工况

5.2.4 计算方法

5.2.5 渗流计算及结果分析

5.3 大坝渗流稳定计算

5.3.1 理正边坡稳定分析软件简介

5.3.2 大坝稳定计算方法

5.3.3 计算工况

5.3.4 计算参数及安全系数

5.3.5 计算成果与分析

5.4 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 本文的结论

6.2 进一步研究的建议

致谢

参考文献

个人简历

攻读学位期间的研究成果及发表的学术论文