复合土工膜缺陷条件下平原水库渗流安全室内试验和数值模拟研究

摘要

平原水库作为南水北调调蓄运行的关键环节，渗流安全受到专家学者的广泛关注。为保证平原水库的安全运行，复合土工膜越来越广泛的应用到工程中。复合土工膜在防渗效果、施工、造价等多方面都具有显著优势。复合土工膜防渗性能极好，但在施工或大坝运营过程中会产生损伤，导致出现各类缺陷，缺陷的出现会使防渗功能下降，水通过膜上的缺陷进入围坝产生渗流，如果存在大量缺陷或者大面积缺陷，可能会对围坝的安全性稳定性产生影响。因此研究缺陷渗漏对大坝渗流的影响有助于更深入的了解其防渗机理，有利于将复合土工膜进一步推广应用。
　　本文针对平原水库运行中复合土工膜可能出现的缺陷工况，采用室内试验和数值模拟相结合的手段，研究了平原水库库盘和围坝的渗流特性。得到的结论如下:
　　(1)设计土工膜缺陷渗漏实验装置，开展室内试验，发现缺陷渗漏量的大小与缺陷面积基本成正比，与水头高度的开方基本成正比。
　　(2)建立了数值计算模型，对比了全盘复合土工膜、防渗墙、防渗墙与库底铺复合土工膜结合的防渗措施下平原水库的渗流量、孔压、浸润线等指标，得出了全盘复合土工膜的方案为最优措施。
　　(3)采用Flac3d软件建立平原水库缺陷渗漏数值计算模型，研究了缺陷尺寸、位置、数量、间距、水头高度等对大坝渗流的影响。水头高度、缺陷个数、缺陷尺寸对渗流影响很大，缺陷的位置也对渗流产生较大影响，缺陷间的间距对渗流的影响较小。
　　(4)针对渗流通道在平原水库薄弱层中贯通过程，建立数值计算模型。通过设置不同区域渗透系数的方式模拟渗流通道的发展过程，分析了平原水库中渗流场参数的变化规律。渗透通道的发展会使渗流量快速增加，渗流路径改变，局部孔压分布也发生较大变化。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 渗流理论

1．2．2 平原水库渗流控制技术

1．2．3 平原水库围坝渗透破坏

1．2．4 复合土工膜缺陷渗漏

1．2．5 复合土工膜缺陷渗漏计算公式

1．3 主要研究内容

第二章 平原水库渗流控制措施

2．1 防渗方案工况

2．2 多种防渗方案数值模拟

2．2．1 方案一：无防渗设施

2．2．2 方案二：垂直水泥土防渗墙防渗

2．2．3 方案三：坝坡坝基全库盘铺复合土工膜

2．2．4 方案四：水泥土防渗墙与坝底铺设复合土工膜相结合防渗

2．3 数值模拟结果分析

2．4 本章小结

第三章 复合土工膜缺陷渗漏特性室内试验研究

3．1 试验装置

3．2 试验材料

3．3 试验步骤

3．4 试验工况

3．5 试验结果分析

3．6 复合土工膜缺陷渗漏数值计算模型验证

3．6．1 数值模拟模型概况

3．6．2 数值模拟计算结果

3．7 本章小结

第四章 平原水库复合土工膜缺陷渗漏围坝渗流特性分析

4．1 复合土工膜缺陷渗漏数值计算模型

4．1．1 模型基本情况

4．1．2 边界条件

4．1．3 工况设置

4．2 复合土工膜缺陷渗漏数值计算结果

4．2．1 复合土工膜缺陷尺寸的影响

4．2．2 复合土工膜上水头的影响

4．2．3 复合土工膜上缺陷位置的影响

4．2．4 多个缺陷时缺陷间距的影响

4．2．5 缺陷个数的影响

4．3 本章小结

第五章 平原水库复合土工膜缺陷渗漏条件下围坝破坏形式

5．1 平原水库围坝渗流破坏的形式

5．1．1 流土

5．1．2 管涌

5．2 平原水库围坝渗流破坏数值模拟

5．2．1 模型基本情况

5．2．2 数值计算结果

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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