基于先进数值模拟方法的复杂条件下土石坝渗流研究

摘要

在水利工程中，水对工程设施的破坏是影响工程安全最主要的方面。其中尤以地下水对水利工程的作用不易观察，而且一经发现就难以挽回，常常引起严重的经济损失。因此水利工程对地下水渗流破坏的预防非常关键。
　　 土石坝作为世界坝工建筑中应用最广泛，发展最快的一种形式，结构简单，取材方便。这样的结构形式和材料特性，使得土石坝成为在各种形式的挡水建筑物中，与渗流关系最为密切的一种。渗流问题直接关系到土石坝工程的费用和安全，国内外许多溃决或破坏的土石坝工程，都是由渗流引发的。合理的渗流控制是保障土石坝安全运行的必要条件。
　　 本文选取土石坝中的粘土心墙坝作为典型研究对象，以辽宁柴河大坝为模板，建立了适于研究的三维数值模型。从土石坝渗流的机理出发，应用基于物理概念的先进水文数值模型InHM模型，通过对复杂条件下土石坝的渗流过程的模拟，得到不同状态工况下各时刻土石坝系统的浸润线位置、压强水头场、渗流量、流速场等要素并进行深入分析，从而探求土石坝渗流破坏的特性。
　　 本研究将土石坝渗流分为两类进行分析：包括稳定水位时不同作用水头、不同心墙、不同排水的情况，以及水位以不同方式变化时土石坝渗流的情况。重点针对水位变化条件下，土石坝内部渗流场的改变特性以及渗流危险位置和危险时间的发生做了考察。
　　 通过一系列针对性的研究，得出以下结论：
　　 1．水头差是土石坝渗流的驱动因素；
　　 2．大坝全局最危险的部位在坝趾出流处和心墙下游侧；
　　 3．心墙对渗流的作用与其厚度有关；
　　 4．排水体在土石坝渗流控制中有着两方面的综合作用；
　　 5．水位变化情况下，土石坝渗流危险区域和危险时间根据水位变化方式有所不同。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1引言

1.2土石坝渗流概述

1.3土石坝渗流研究进展

1.3.1研究方法

1.3.2水文学的数值模拟

1.3.3土石坝渗流的数值模拟

1.4本文研究工作

1.4.1研究意义

1.4.2主要研究内容

1.4.3论文组织

2研究方法

2.1 InHM模型

2.2理论基础

2.2.1基础和假设

2.2.2控制方程

2.2.3离散和求解

2.3模型结构

2.3.1柴河大坝

2.3.2模型尺度和网格构建

2.3.3模型参数设定

2.3.3边界条件

2.4渗流分析

2.4.1渗流控制的要求

2.4.2渗流分析的内容

2.5工况设计

2.5.1恒定渗流

2.5.2非恒定渗流

3结果分析

3.1恒定渗流分析

3.1.1不同水位下的恒定渗流

3.1.2不同心墙厚度下的恒定渗流

3.1.3不同排水情况下的恒定渗流

3.2非恒定渗流分析

3.2.1水位上升

3.2.2水位下降

4结论和展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

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