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弱透水地基上水平鋪蓋對閘基滲流場的影響研究.pdf

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第 43卷 第 l7期 2 0 1 2 年 9 月 人 民 長 江 Yangtze River Vo1.43.No.17 Sep., 2012 文 章 編 號 :1001— 4179(2012)17— 0079— 04 弱透水地基 上水平鋪蓋對 閘基滲 流場 的影響研究 張 曉 悅 ,張 曉 樂 ,蘇 敏 ,王 建 新 4 (1.浙 江 水 利 水 電專 科 學校 ,浙 江 杭 州 310018; 2.浙江 華東 工程 安全 技 術 有 限 公 司 ,浙江 杭 州 310014; 3. 浙 江 省 水 利 水 電勘 測 設 計 院 ,浙 江 杭 州 310002; 4.中 國水 電顧 I'q集 團 華 東 勘 測 設 計 研 究 院 ,浙 江 杭 州 31O014) 摘要 :利用飽和 一非飽 和、穩 定 一非穩 定滲 流場有 限單元法 ,建立 固定 網格 的某閘基滲流場計 算模 型,研 究弱 透水地基上鋪蓋 的長度和厚度變化對 閘基滲 流場 的影響 ,以及鋪 蓋止 水破 壞 和鋪蓋 產生裂縫 情況 下的 閘基 滲流場 。研 究表 明,在弱透 水地基上 ,水平鋪蓋對 閘基 的防滲作 用并不 明顯,在止 水破 壞或 產生裂縫 時,增加 鋪蓋厚度反 而會 導致閘基滲流場形 態惡化 。建議在 弱透水地基 上 ,鋪 蓋的設 置只要滿足表 面防沖要 求即可 , 據 此 可 對 水 閘設 計 規 范 中的 相 應 條 文 作 進 一 步 細化 和 改 進 。 關 鍵 詞 :閘基 ;滲 流 ;弱 透 水地 基 ;混 凝 土 鋪 蓋 ;有 限 單 元 法 中 圖法 分 類 號 :TV223 文 獻 標 志碼 :A 水 閘是一 種 分 布廣 泛 的重 要 水 利 設 施 ,水 平鋪 蓋 和 防滲墻 是 閘基 的 主要 滲 控 措 施 ,目前 對 于 深 覆 蓋 層 以及 強透 水地 基 上 閘基 水 平 鋪 蓋 的研 究 較 多 ” ,但 是對 于 弱 透 水 地 基 上 鋪 蓋 對 閘基 滲 流 場 的影 響則 相 對研 究較 少 ,弱 透水地 基 上水 平鋪 蓋如 何設 置 ,水平 鋪 蓋 的長度 及厚 度 對 閘基 滲 流 場 的影 響 如何 ,目前 尚 無 明確 的研 究結 論 。在 《水 閘設計 規 范 》(SL265— 2001) 中僅 規 定 了在透 水地 基 上 閘基 防滲 措 施 的 布 置標 準 , 但對 于弱 透 水 地 基 上 如 何 布 置 水 平 鋪 蓋 未 做 明確 規 定 。 本 文針對 這 一 問題 ,基 于 閘基 三維穩 定 一非 穩定 、 飽 和 一非 飽 和 有 限 元 計 算 理 論 ,利 用 固定 網 格 法 , 建 立 閘基 滲 流有 限元 計 算 模 型 ,研 究 在 弱 透 水地 基 上 水平 鋪蓋 對 閘基 防滲 所 起 的作 用 ,以及 鋪 蓋 長度 和厚 度對 閘基 滲 流場 的 影 響 。在 水 閘 長期 運行 過 程 中 ,鋪 蓋 的止水 結構 可 能會發 生 破壞 ,鋪 蓋也 可能 產生 裂縫 , 這 些 都會 對 閘基 的防 滲 產 生 不利 影 響 ,本 文也 將 針 對 這種 情況 研究 鋪蓋 產生 裂縫 以及 鋪 蓋止水 破 壞后 閘基 的滲 流場狀 態 。 1 閘基滲 流數值 模型的建立 閘基滲 流場 問題 屬 于無滲 流 自由面 的飽 和 一非 飽 和 、穩 定 一非 穩 定 有 壓 滲 流 問題 ,本 文 假設 閘 基 滲 流 場未 出現 管 涌 以及 流 土 破 壞 ,求 解 可 以采 用 固定 網 格 的三 維非 穩定 滲透 破壞有 限單 元法 。 1.1 控 制 方 程 假 設土 體骨 架和 孔 隙水不 可壓縮 ,飽 和 一非飽 和 、 穩 定 一非穩 定三 維滲 流場求 解微 分控 制 方程為 去 ,(hc) Ohc ^( 川+Q=c(¨魯 (1) 式 中 ,h 為壓力 水 頭 ;Q為 源匯 項 ; 為 直角 坐 標 ,i= 1,2,3; 為飽 和滲 透 系數 張量 ; 為相 對 透水 率 ,為 非飽 和 土 的滲透 系數 與 同一 種 土飽 和時 的滲透 系數 的 比值 ;C為 容水 度 。 1.2 控 制 方 程 的 空 間 離散 對滲 流計 算域 進行 單 元 離 散 ,單 元 內壓 力水 頭 收 稿 日期 :2012— 03— 27 基金項 目:科技部 中奧 兩國科技 合作項 目“非飽和 土石壩 、堆石 壩和 混凝 土壩的 長期 效應及 滲流特 性”(CN 01/2007);浙 江省 教 育廳 2012年 度 科 研 計 劃項 目(Y201224384) 作者簡介 :張曉悅 ,女 ,博士 ,主要從 事水工結構工程 的數值模擬研 究。E— nlail:[email protected]
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地基 水平 滲流 影響 鋪蓋 透水 研究
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