黑河引水工程岩土介质的渗透特性及三维渗流有限元分析

摘要

渗流与渗透稳定问题是土石坝的关键技术问题。本文针对黑河引水工程金盆水利枢纽，在详细分析场地工程地质和水文地质条件和挡水土石坝结构的基础上，通过大量的填土、反滤层及接触面渗透试验，合理确定了坝体岩土材料的渗透特性参数；通过两岸地质构造和岩层分布评价，合理确定了坝址区渗流涉及的范围，应用三向渗流计算程序，进行了渗透坝区1.2×1.2km2范围内的三向渗流数值计算。试验与计算分析表明：①心墙填筑土料在控制干密度条件下的渗透系数均小于10-5cm/s，满足规范对粘土心墙防渗的要求；②渭河砂粗包线、细包线、平均线及不同含泥量的细包线级配砂、堆料场砂、混合反滤料粗包线、细包线级配砂，在控制干密度条件下发生管涌的允许坡降在0.642～0.937之间，均满足设计要求；③反滤砂细包线与混合反滤料粗包线级配料接触流失的临界坡降为11.37，混合反滤料细包线与坝壳料粗包线级配料接触流失的临界坡降为2.007；④心墙填筑土料与渭河砂接触冲刷的临界坡降范围在1.13～4.94之间，与反滤砂接触冲刷的临界坡降范围在1.13～4.94之间，与混凝土接触冲刷的临界坡降范围在80～152之间；⑤三维渗流计算模型模拟了坝体、坝肩两岸及单薄山梁和副坝体中的防渗墙、灌浆帏幕构成的反渗体系，以及从右岸至左岸中沿东西向贯穿断层破碎带，裂隙发育，集中渗流等；⑥坝下基岩、左岸单薄山梁及北岭为主要的渗流通道，年渗漏量约为478万立方；心墙内最大渗透坡降为3.846，反滤层内最大渗透坡降为2.55，在反滤保护条件下无渗透破坏。 本文的研究工作对于黑河引水工程水利枢纽的建设具有重要的指导作用。

目录

文摘

英文文摘

独创性申明及保护知识产权申明

1.概述

1.1土石坝的渗透破坏研究

1.2土石坝的渗流模拟研究

1.3本文研究的内容

2.黑河水利枢纽工程概况及地质条件

2.1工程概况

2.2工程地质及水文地质情况条件

2.3坝体及古河道防渗设施

3.黑河引水工程岩土介质的渗透特性

3.1心墙土料渗透特性

3.1.1土样的物理性质

3.1.2土料的渗透特性

3.2反滤砂的管涌试验

3.3混和反滤料、坝壳料及坝基砂卵石的管涌试验

3.4筑坝材料不同组合条件下的接触流失试验

3.4.1心墙填土与反滤砂组合的接触流失试验

3.4.2过渡层间不同土料组合的接触流失试验

3.5土料与反滤砂的接触冲刷试验

3.6心墙填土与混凝土板接触冲刷试验

3.7结论

4.黑河水利枢纽工程的三维渗流计算分析

4.1数值计算的数学原理

4.2计算模型及计算参数

4.2.1计算范围及坐标系

4.2.2边界条件

4.2.3模型中的几个问题的处理

4.2.4模型的离散

4.2.5计算参数

4.3成果分析

4.3.1坝区浸润曲面状态

4.3.2渗透流量

4.3.3渗透坡降

4.3.4渗透稳定分析

4.4结论

5.结论

致谢

参考文献

附录1：附图

附录2：浸润面坐标值