对库水位骤降时坝体渗流场及坝坡稳定性分析

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1、４６６西安理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１１）Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４文章编号：１００６４７１０（２０１１）０４０４６６０５库水位骤降时坝体渗流场及坝坡稳定性分析１１，２１３刘钊，柴军瑞，陈兴周，徐维生（１．西安理工大学水利水电学院，陕西西安７１００４８；２．三峡大学土木水电学院，湖北宜昌４４３００２；３．武汉大学水利水电学院，湖北武汉４３００７０）摘要：为了研究水位骤降时影响上游坝坡稳定性的因素，模拟坝坡在水位骤降时的渗流场及稳定性变化。基于土体渗透性，材料的非线性特性及水位下降率，利用有限元法对库水位

2、变化下的渗流场进行瞬态分析，得出的自由水面线和孔隙水压力耗散等结果应用于上游坝坡稳定性分析，坝坡稳定分析采用极限平衡法。实例分析表明：计算区域渗流场变化滞后于水位下降的时间；坝体渗透系数越小，水位骤降对其稳定性的不利影响越显著；水位下降速率越大，上游坝坡稳定性降低越快。关键词：坝坡稳定性；库水位骤降；渗流场；有限元模型；极限平衡法中图分类号：ＴＶ１３９１４文献标志码：ＡＡｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＳｅｅｐａｇｅＦｉｅｌｄａｎｄｔｈｅＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＤａｍＳｌｏｐｅ．ＤｕｒｉｎｇＲａｐｉｄＤｒａｗｄｏｗｎｏｆＲｅｓｅｒｖｏｉｒＷａｔｅｒＴａｂｌｅ１１，２１

3、３ＬＩＵＺｈａｏ，ＣＨＡＩＪｕｎｒｕｉ，ＣＨＥＮＸｉｎｇｚｈｏｕ，ＸＵＷｅｉｓｈｅｎｇ（１．ＦａｃｕｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈａｎｇ４４３００２，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕ

4、ｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｔｅｒｔａｂｌｅｄｒａｗｄｏｗｎｕｐｏｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｕｐｓｔｒｅａｍｄａｍｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄａｎｄｃｈａｎｇｅｓｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄａｍｓｌｏｐｅｉｎｗａｔｅｒｔａｂｌｅｄｒａｗｄｏｗｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｓｏｉｌｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｒａｔｅｏｆｗａｔｅｒｔａｂｌｅ，ｔｈｅｆｉｎｉ

5、ｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｔｅｒｔａｂｌｅ，ｗｈｅｒｅｂｙｏｂｔａｉｎｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｒｅｅｗａｔｅｒｓｕｒｆａｃｅｌｉｎｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｅｔｃ，ｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｕｐｓｔｒｅａｍｄａｍｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔｔｈｅｌｉｍｉｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚ

6、ｅｔｈｅｄａｍｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅａｌｅｘａｍｐｌｅａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｚｏｎｅｄｅｌａｙｉｎｔｉｍｅｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｔｅｒｔａｂｌｅｄｒａｗｄｏｗｎ，ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｏｓｍｏｔｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｄａｍｂｏｄｙｉｓ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｗａｔｅｒｔａｂｌｅｄｒａｗｄｏｗｎｕｐｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓ；ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｒａｔｅｏｆｗａｔｅｒｔａｂｌ

7、ｅｄｒａｗｄｏｗｎｉｓ，ｔｈｅｆａｓｔｅｒｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｕｐｓｔｒｅａｍｄａｍｓｌｏｐｅｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｄａｍｓｌｏｐｅ；ｄｒａｗｄｏｗｎ；ｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｌｉｍｉｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍｅｔｈｏｄ库水位骤降会导致坝坡稳定性降低。近些年，本文研究了库水位骤降期坝坡稳定性的变化情已有很多学者对自然边坡和构造边坡在库水位骤降况，考虑了材料的渗透特性、体积含水率、粘聚力、内［１７］条件下的稳定性进行了广泛的研究。为了确定摩擦角等属性，在不同工况下，用有限元法模