基于“坝前淤积面加坝”技术的土坝稳定性分析——以宁夏南部山区雅石沟水库为例

摘要

近年来，国家加大了对中小型水库除险加固的投资力度。不同地区，由于自然条件、社会经济因素等不尽相同，大坝病险处理的措施也不尽相同。针对宁夏南部山区普遍采用的上游淤泥面加高坝体的方式，由于缺乏这方面的理论研究，本文以雅石沟水库为研究对象，以该水库大坝填筑加高施工过程、固结沉降、不同工况渗流和坝坡稳定分析为研究内容，基于PLAXIS有限元软件的大坝典型横断面的二维数值模型为研究工具，进行坝体固结沉降水平和竖直位移、坝体渗流和坝坡稳定特征等方面的分析与计算。论文主要研究内容与成果如下：
　　 (1)在阅读了大量资料的基础上，阐述了均质土坝的渗流破坏类型、机理，总结分析了均质坝渗流分析的方法及其原理；对不同的边坡稳定分析方法进行了列举和对比，最终选择了有限元强度折减法对渗流条件下的坝坡稳定性进行计算。
　　 (2)以雅石沟水库最大坝高为模型，进行渗流模拟，分析了不同工况下的渗流情况，得出孔隙水压力、渗流方向、单宽渗流量和水力比降等方面结果，同时得出：水位骤降时，坝坡内的浸润线来不及相应降低，即坝坡内的水位下降的滞后效应，会在坝坡内形成超孔隙水压力，坝体内一部分孔隙水将从上游坝坡溢出，这将影响上游坝坡的稳定。
　　 (3)基于渗流分析的结果，进行了考虑渗流作用力的坝坡稳定数值模拟计算，得出水库大坝坝坡的安全特征。验证坝前淤积面加高坝体的方法是否合理。应用PLAXIS软件进行正常蓄水位和校核洪水位分别以5m/d，4m/d，3m/d，2m/d，1m/d的速度降至死水位的模拟，结果表明：当水库水位以2m/d的速率下降时，上游坝坡稳定安全系数较大，更偏于安全，因此建议该水库取不大于2m/d的速率泄水较合适。各个工况下，雅石沟水库大坝的上下游坝坡均满足规范要求，大坝稳定性满足安全要求。因此可以说明该水库基于“淤泥面加高坝体”的设计是满足整体稳定要求的。
　　 (4)以雅石沟水库除险加固工程为背景，建立了基于PLAXIS的土坝填筑加高和固结过程的数值模型，将一定固结期的水平和竖直位移值与实测结果对比分析，得出竖直位移结果较为合理，说明PLAXIS程序进行该类问题的固结沉降分析是合适的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义及拟解决的关键问题

1.2 土坝加高问题研究动态

1.2.1 水库防洪标准不足的原因分析

1.2.2 土坝加高的分类

1.2.3 淤泥面加高坝体的研究现状

1.3 本文研究内容

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 均质土坝渗流分析与边坡稳定分析

2.1 均质土坝的渗流分析

2.1.1 渗流破坏的类型

2.1.2 渗流分析的发展

2.2 均质土坝的边坡稳定分析

2.2.1 土坝边坡稳定分析方法

2.2.2 有限元强度折减法

2.3 本章小结

第三章 PLAXIS软件简介

3.1 有限元方法及其原理

3.2 基于有限元方法的PLAXIS软件

3.2.1 PLAXIS软件简介

3.2.2 渗流模块

3.2.3 动力模块

3.3 PLAXIS软件建模过程

3.3.1 几何模型的建立

3.3.2 材料模型的选取

3.3.3 荷载和边界条件的设置

3.3.4 有限元网格的划分

3.3.5 初始条件的生成

3.3.6 应注意问题

3.4 本章小结

第四章 雅石沟水库土坝的渗流与坝坡稳定分析

4.1 工程概况

4.1.1 雅石沟水库概况

4.1.2 除险加固设计

4.1.3 坝区工程地质条件

4.1.4 筑坝材料

4.2 雅石沟水库土坝的建模过程

4.2.1 计算模型的建立

4.2.2 边界条件的选取

4.2.3 计算参数的选取

4.2.4 模型网格的剖分

4.3 渗流分析

4.3.1 不同工况下的渗流数值模拟

4.3.2 不同工况下的渗流结果分析

4.4 渗流条件下的坝坡稳定分析

4.4.1 渗流条件下不同工况的坝坡稳定模拟计算

4.4.2 模拟结果分析

4.5 坝体填筑固结过程的模拟及其沉降结果分析

4.6 数值模拟中存在的问题

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简介和在硕士学习期间发表的论文情况