6 m高堆石坝坝体内的紊流渗流——现场测量、解析法和数值模拟求解

沈 静，崔弘毅，李 涛 编 译

（国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州 310014）

1 简 介

斯堪的纳维亚（斯堪的纳维亚是指丹麦、挪威、瑞典和冰岛）的许多土石坝都是在30～50年前建造的，为此其水电行业正在努力提高大坝的安全水平，而对大坝进行安全评价和翻新是其中非常重要的一部分。以此为背景，在挪威北部开展了一项关于土石坝渗流形态、稳定和破坏机理的研究，这项研究课题也是欧共体（EC）正在进行的关于极限洪水过程和不确定性调查的研究计划（IMPACT）中的“大坝的稳定与破坏”研究的重要组成部分。

这个项目于2001年秋天启动，为进行现场试验，在挪威北部Mo i Rana镇附近的的Røssåga河上先后建造了一系列高6 m、坝顶长36 m的试验坝。这些土坝由不同材质筑成，包括堆石、砾石和粘土，坝型有均质坝和冰碛土心墙坝。大部分坝最后完全失事了，但试验是分阶段进行的，以取得材料特性、允许渗流量等数据。

试验期间发现了一个重要问题，就是对堆石坝的渗流建模问题。在一些试验坝中，渗流量是很大的，紊流和介于紊流、层流之间的过渡流都可能发生，而通常用来分析边坡稳定的渗流模型都假定渗流为层流。

本文描述在一座6 m高的均质堆石坝上进行现场试验，试验中的渗流为紊流（IMPACT项目，2001）。建立了解析法来计算浸润面和渗流量，建立二维计算流体力学（CFD，Computational Fluid Dy-namics）模型来最佳适配堆石材料的紊流透水系数，并将二者的试验结果进行比较。

2 现场试验介绍

试验场地位于勒斯瓦斯大坝（Røssvatn dam）下游600 m处，如图1。……