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庫水位下降時土壩上游面滲流穩定性研究.pdf

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第 2 8卷 第 7期 2 0 1 1年 7 月 長 江 科 學 院 院 報 Journal of Yangtze River Scientific Research Institute V01.28 No.7 Ju1. 2 0 1 1 文章編號 :1001— 5485f2011)07— 0062— 05 庫水位下降時土壩上游面滲流穩定性研究 張大偉 。嚴文群。 (1.連云港市石梁 河水庫管理處 ,江蘇 連云港 222323;2.揚州大學 水利科 學與工程 學院,江蘇 揚州 225009) 摘要 :大壩迎水坡的最不利工況是 長期 蓄水 (高水位運行 )后 水位驟降 ,影響此時上游坡 土體穩定性 的因素有水 位 降落速度、土體特性等。借助 于滲 流分析軟件 Geoslope和 unssL2,不僅從滲流穩定性 出發 ,說 明了坡面滲水 的危害 ; 從防止大壩 上游坡在庫水位下降時產生 自由溢出點 出發 ,擬合 了不 同 k//.w時庫水位 下降的臨界 高度 ;而且考 慮了 由于各種原 因產生 的土體各向異性和基 質吸力摩 擦角 對上游 壩坡 穩定性 的影 響 。研究表 明 ,對 于庫水位下 降 時上游坡穩定性分析 ,尤其應結合滲流場計算結果 ,同時考慮工程實際中各種 因素 的影響 。 關 鍵 詞 :庫水位下 降;滲流穩定性 ;坡面出滲 臨界坡降 中圖分類號 :P642 文獻標識碼 :A 1 概 述 大壩迎水坡 的最不利工況是長期蓄水 (高水位 運行)后水位驟降 ,此時極易發生滑坡破壞。由于 壩體土體排水能力的限制 ,壩 內地下水浸潤面無法 與庫水位下降速度同步,壩體 中央易出現高水頭區。 此時地下水滲流 由最初穩定滲流場時的上游流向下 游 ,轉變為由壩體中央高水頭 區分別 向上游和下游 流動 ,分別在上游坡 和下游坡產生 出滲點 。根據文 獻[1]提出的 自由出滲點處滲流臨界坡 降計算公式 可知 ,對于內摩擦角 35。的砂 子 ,允許 滲透坡 降為 0.3左右,壩坡應緩于 1:3。因此應盡量減少滲流 自 由出滲或在滲流出口處布置排水反濾(土工布及顆 粒濾層 )及壓重 。 對于庫水位降落條件下的大壩滲流計算國內外 普遍以相對 比值 k//zv作為判別 降落快慢的依據。 其中 k為滲透系數; 為給水度; 為水位降落速度。 施特尼通過試驗認為,k/uv10時,孔隙水與 庫水位同步下降,滲流對穩定影響較小。烏里希研 究了驟降和緩降時 k//zv的范圍,認為驟降時應放寬 至O.25,緩降應放寬至 100,國內學者? 將緩降指標 放寬至60。盡管如此 ,國內外對 與滲透坡降關 系及庫水位降落時上游坡滲流局部穩定性研究仍較 少,本文對此做了一些模擬研究 。 由于施工造成的土體滲透系數各向異性極大地 影響了滲流場分布 ,本文將此影響作為輔助因素予 以考慮。同時本文也研究 了飽和一非飽和抗剪強度理 論中的基質吸力摩擦角 對上游坡穩定性的影響。 總之盡可能全面細致地研究庫水位下降時上游坡滲 流穩定性。 2 非穩定滲流微分方程式 考慮土體和水的壓縮性 ,基于質量守恒定律和 達西定律 ,推導出的非穩定滲流微分方程式為 ( )+ (Ii}, ) ( )= pg(a + ) Oh。 (1) 式 中*OL為土體的壓縮模量 ; 為水的壓縮模量 ,S。= Pg(0c+ )定義為單位貯存量 ;rt為孔隙度。 各向同性土體忽 略水 的壓縮性時 ,S =pga,式 (1)簡化 為 V = 魯警= 蓑。 c2, 式(2)又被稱為非穩定滲流的固結方程。 3 模型分析 3.1 非穩定 滲流 場分 析 均質土壩尺寸如圖 1所示 。下游無水 ,穩定滲 流場時上游水位 20 m,非穩定滲流(庫水位下降 )時 庫水位 由最初的 20 m最終降落至庫底。采用 的 3 收稿 日期:2010—08-02;修 回日期 :201卜04—14 作者簡介:張大偉 (1984-),男 ,江蘇東海人 ,助理工程師 ,碩士 ,主要從事巖土力學 、水庫管理等方面的工作,(電話 )0518 86482070(電子信 箱 )[email protected] 163.corn。
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土壩 穩定性 上游 滲流 下降 水位 研究
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