考虑非饱和土体的粘土心墙坝非稳定渗流分析

摘要

土石坝是一种在实际工程中应用十分广泛的坝体，它具有设计方法完善、可就地取材、对气候和地质条件适应性好、经济效益高等优点。而作为影响大坝安全的关键性因素，渗流问题应得到足够的重视，正确的渗流分析在大坝的设计和运行管理中是一项重要工作。在实际工程中，水库在运行过程中会出现大坝检修、供水等情况，需要放水。因水库放水造成的上游坝坡滑坡事故时有发生，严重危害人民的生命和财产安全，因此为了进行上游坝坡的稳定分析，需要确定库水位下降过程中各时段坝体内的渗流情况，即进行非稳定渗流计算。非饱和土是位于地下水位以下的土，具有负的孔隙水压力，目前渗流计算一般只在饱和区进行渗流计算，而忽略非饱和区的渗流，但实际上很多工程问题受非饱和渗流的影响，因此更全面地把饱和土与非饱和土作为一个整体来研究渗流问题是很有必要的。
　　 本文从质量守恒定律出发，推导了稳定渗流微分方程、非稳定渗流微分方程；并结合非饱和土、非饱和渗流的相关理论推导出了二维饱和一非饱和稳定非稳定渗流控制方程，并给出了相应的定解条件；最后利用伽辽金法对其进行有限元离散，得到二维饱和一非饱和稳定非稳定渗流控制方程的有限元形式，为进行二维饱和一非饱和稳定非稳定渗流有限元分析提供了可靠的理论依据。
　　 本文利用SEEP/W软件对卧虎山水库粘土心墙坝就不同的上游水位下降速度分别进行了饱和一非饱和稳定非稳定渗流分析，并深入研究了不同水位变化速度条件下，坝体内浸润线的变化规律，分析了坝体内出现“倒虹吸”现象的原因，并给出库水位下降过程中坝体内浸润线随时间变化的经验公式，该研究方法为土坝的设计及运行管理提供了切实可行的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

符号说明

第1章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 研究现状

1.2.1 渗流计算的方法

1.2.2 渗流场数值模拟研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 渗流的理论基础

2.1 达西定律

2.1.1 达西定律

2.1.2 达西定律的适用条件

2.2 渗流基本微分方程

2.2.1 渗流的连续方程

2.2.2 稳定渗流微分方程

2.2.3 非稳定渗流微分方程

2.3 饱和一非饱和渗流控制方程

2.3.1 非饱和土的几个基本概念

2.3.2 饱和一非饱和渗流控制方程

2.4 非饱和渗流渗透系数的确定

2.4.1 非饱和渗流的基本方程

2.4.2 用土水特征曲线确定渗透系数

2.5 定解条件

2.5.1 边界条件

2.5.2 初始条件

2.6 本章小结

第3章 渗流的有限元计算方法

3.1 有限元法概述

3.1.1 有限元法原理

3.1.2 有限元法实施步骤

3.2 SEEP/W软件的有限元求解

3.3 SEEP/W分析的基本过程

3.3.1 SEEP/W软件介绍

3.3.2 SEEP/W软件的特点

3.3.3 SEEP/W分析流程图

3.4 本章小结

第4章 卧虎山水库大坝非稳定渗流分析

4.1 工程概况

4.1.1 水库

4.1.2 大坝

4.2 计算工况

4.3 渗流参数的确定

4.4 单元划分

4.5 稳定渗流计算

4.6 非稳定渗流计算

4.6.1 计算结果

4.6.2 计算结果分析

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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