库水位骤降对均质土坝坝坡稳定的影响分析.pdf

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1、第33毪第4期人民黄河Vo1．33．No．42011年4月YE【JL0WRIVERApr．，2011【水利水电工程】库水位骤降对均质土坝坝坡稳定的影响分析王冬林，李宗利，张洪泉(1．西北农林科技大学水利-9建筑工程学院，陕西杨凌712100；2．海委漳卫南运河无棣河务局，山东滨州251911)摘要：采用理fi-分析软件进行非恒定渗流分析计算和边坡稳定分析，研究了不同库水位降落速度、坝体渗透系数和给水度条件下均质土坝非稳定渗流场的变化规律，分析了上游坝坡的稳定性随着库水位下降及坝体渗流影响因素的变化规律。结果表明：5"-渗透系数大于0．0432m／d时，上游坝坡的滑

2、动安全系数随着库水的下降而趋于稳定，但当渗透系数小于该值时，滑动安全系数随着库水位的下降而持续下降，说明当坝体的渗透系数特别小时，水位骤降对坝体滑动安全系数影响较大，并不存在最不利水位。关键词：土石坝；水位骤降；非稳定渗流；坝坡稳定性中图分类号：TV641．2文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2011．04．061坝坡稳定是土石坝设计的重要内容，库水位骤降对土石坝n为孔隙率。上游及其岸坡稳定会产生较大影响。1970年，江西七一水土坝非稳定渗流的初始条件为库在引水隧洞施工期因采用岩塞爆破而无法控制库水位的降hIo=h0(，，0)

3、(2)落速度(=1．15m／d)，左、右坝段上游面相继发生滑坡。1979边界条件为年，湖北省狮子岩土石坝，因发现漏水而决定放空水库，随后上hfF=hl(，z，t)(3)1游坝坡受库水位骤降影响(=1．6m／d)产生滑坡。当库水。F2=X,z~t)(4)位骤降时，坝体表面的水压荷载已卸掉，由于土具有一定的持式中：ho(，z，0)为初始时刻坝体内各点的水势；，、厂2为已知水性，坝体内浸澜线高于外坡的水位，因此具有较高的孔隙水水势和流量边界；^(，，t)为t时刻F边界处的水势，z，压，同时受指向库内的渗透力作用，从而加速了坝坡的滑动。t)为t时刻厂1边界的流量。因此，库

4、水位应保持怎样的降落速度，才能保证坝体的稳定安在分析过程中，坝体内各点初始水势h。(，，0)及浸润线全是一个十分重要的问题。的位置根据正常蓄水位形成的稳定渗流场分析结果确定。坝体笔者以均质土坝为研究对象，研究库水位从正常蓄水位分下游水位保持不变，上游水位则由库水位的下降速度计算得别以4、2、1m／d和0．1m／d的速度下降到死水位，不同给水度出，即h(，z，t)是时间的函数。对于不透水坝基，认为-厂(，z，t)和渗透系数条件下，均质土坝非稳定渗流场的变化规律，并应恒为0。用简化毕肖普法计算稳定安全系数，分析不同方案下上游坝将分析区域划分为有限单元网格，建立单元水势

5、插值函坡的稳定性。数，应用泛函极值原理或伽辽金法建立非稳定渗流有限元支配方程：1非稳定渗流稳定计算方法Kh+So_A：Ff5)Ot库水位的下降引起坝体内浸润线的不断变化，孔隙水压也不断变化。《碾压式土石坝设计规范》。。中关于库水位下降时式中：为传导矩阵；JIl为单元节点水势列阵；为贮量矩阵；F水库岸坡内自由水面的曲线方程，对于坝体并不能直接应用。为边界条件列阵，包括已知水头和流量边界。为了与坝坡稳定分析衔接，笔者采用有限元法进行渗流场分求解式(5)时，时间变量采用差分法离散，由此得析。考虑土和水的压缩性，认为坝体内渗流符合达西定律，渗Kh⋯+一=F(6)流控制方程

6、为鲁(h)+杀(Oh,=(1)收稿日期：2010—08一】0作者简介：王冬林(1985一)，女，河南焦作人．硕士研究生，研究方向为水工结式中：h为水势；、为空间坐标；t为时间坐标；，、，为以、z轴构设计理论与数值分析。通讯作者：李宗利(1967一)，男，陕西凤翔人，教授，博士，主要从事水工结构与为主轴方向的渗透系数；s为单位贮水系数，对于有自由面渗岩土稳定理论方面的教学与科研工作。流问题近似为给水度tz，：1．137n(0．0001175)，E—mail：mishra915891@yahoocorncn·147·人民黄河2011年第4期2实例分析篙支～：2．1基本

7、资料坝体各区物理力学参数见表，大坝断面形式及尺寸见图1。某均质土坝，坝高为50m，顶宽为10m，上游坝坡为表1坝体各区材料物理力学参数图2(a)一()为在保持渗透系数为0．0864m／d不变、不同下降速度条件下的浸润线。在渗透系数k=0．0864m／d，下降速度分别为4、2、lm／d和0．1m／d时，5d后坝轴线处水位分别为34．428、35．617、36．385m和38．450ITI，表现出明显的滞后效应。表明随着库水位的下降，坝体内浸润线的高度也下降，但是坝体土壤的持水性导致坝体内浸润线的最高点下降速图1大坝模型度低于库水的下降速度，表现为浸润线前半段向下弯曲

8、的程度2．