双江口心墙堆石坝初次蓄水及库水位骤降非稳定渗流分析研究

摘要

300m级心墙堆石坝建设经验相对缺乏，超过了现行规范的适用范围，其渗流控制和初次蓄水、水库放空的合理速度是设计的关键技术问题之一。采用非稳定饱和一非饱和渗流理论，以及固定网格的三维有限元方法，紧密结合“大渡河双江口300m级土质心墙堆石坝关键技术研究”课题，研制和开发了非稳定饱和一非饱和渗流程序，深入研究了双江口心墙堆石坝初次蓄水及库水位骤降的非稳定渗流场，并提出了安全运行的建议。论文主要成果如下： (1)收集、整理和分析了国内外有关土石坝非稳定渗流场的实测资料、计算分析成果，以及一些土石坝水力劈裂或者失事的实例。 (2)分析了降雨入渗的机理及入渗条件，以压力水头为基本未知量推导了考虑降雨入渗的三维非稳定饱和一非饱和渗流微分方程。应用Galerkin加权余量法导出了有限元计算格式，研制和开发了相应的有限元计算分析程序，并以算例予以验证。 (3)根据双江口心墙堆石坝的实际情况建立三维有限元模型，分析了水库不同蓄水速度和不同放空速度条件下，坝体的非稳定渗流场、孔隙水压力、渗透坡降等的变化规律，探讨了心墙土料渗透参数、土水特性关系、分阶段蓄水、不同有限元网格尺寸等因素对计算成果的影响。 (4)初次蓄水时，心墙内饱和区大小受土料渗透系数的影响最大，其次是蓄水速度。蓄水完成时，心墙内饱和区仅出现在上游侧局部范围。初次蓄水过程中心墙的渗透坡降较大，须严格控制初次蓄水的蓄水速度。水库放空时，心墙内自由面出现“峰”，其高度受土料渗透系数的影响最大，其次是放空速度。放空时心墙的渗透坡降小于初次蓄水时的渗透坡降。 (5)对于300m级心墙堆石坝，建议初次蓄水采用分阶段的初次蓄水的方案，蓄水速度初期可以稍快，中后期蓄水速度应严格控制在一定的范围。水库放空时，两岸坝肩和岸坡的自由面高出库水位较多，滞后现象明显，且出现渗流逸出区，这对库区岸坡稳定不利，应予以重视。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章考虑入渗的非稳定饱和—非饱和渗流理论

2.1饱和渗流理论

2.2饱和—非饱和渗流理论

2.3考虑入渗的非稳定饱和-非饱和渗流理论

2.4有限元程序及算例

2.5本章小结

第三章典型坝段精细模型有限元分析

3.1工程概况

3.2有限元模型

3.3计算参数和时间步长的选取

3.4蓄水和放空过程模拟

3.5蓄水和放空非稳定渗流场特性

3.6主要结论

3.7本章小结

第四章初次蓄水非稳定渗流有限元分析

4.1有限元模型

4.2蓄水过程模拟

4.3蓄水非稳定渗流场特性

4.4主要结论与讨论

4.5本章小结

第五章放空非稳定渗流有限元分析

5.1有限元模型

5.2放空过程模拟

5.3放空非稳定渗流场特性

5.4主要结论

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文总结

6.2展望

参考文献

致谢