坝基裂隙渗流耦合特性分析

2017-05-08 22:52杜万军
科技创新与应用 2017年12期
关键词:渗流裂隙耦合

杜万军

摘 要:某工程在建设初期发现坝基处存在两组裂隙,为研究枢纽裂隙渗流对坝基渗流场和坝体扬压力的影响,采用三维有限元软件进行建模计算。结论为:裂隙岩体渗流耦合作用下,裂隙通道的渗流量增大,裂隙水头增加,坝基扬压力增大。

关键词:裂隙;渗流;扬压力;耦合

引言

裂隙渗流和岩体受力之间存在一定的耦合特性[1],尤其是对于大型水利枢纽来说,不能忽略裂隙岩体对整个枢纽区渗流场[2]和安全运行的影响。本文以实际工程为例,对裂隙渗流[3-4]耦合特性进行计算分析。

1 工程概况

某混凝土重力坝坐落在裂隙岩体基岩上,库容1200万m3,装机5万kW,年发电量2000万kWh,坝基研究区域分布的基岩以灰岩为主,有少量白云质灰岩、泥质灰岩、白云岩及角砾灰岩等,主要发育2组裂隙。

2 计算模型

有限元模型建模区域为:坝基上下游方向共500m,深250m,坝高130m,底宽100m,上游水位330m,下游水位为210m。这个范围足以说明工程活动对应力场的影响,且不会限制应力场的生成。裂隙基岩特征参数见表1,坝基及坝体材料的物理参数见表2。

3 計算结果分析

由于坝体为混凝土重力坝,只考虑坝基的渗流场变化来分析,渗流边界条件为水头:工况一:上游120m,下游0m;工况二:上游100m,下游0m,进行计算。其余边界为不透水,整体模型结构受到重力荷载、水压力和渗透压力的作用。计算断面取顺河向大坝中部位置进行结果分析。

从结果云图可以看出:由于两种工况作用水头不同,工况一整体水头比较高,裂隙中的水头也比较高,最大水头103.16m,最小水头36.904m,计算得到下游渗流量为:耦合前79.83(m3/天),耦合后为101.09(m3/天)。工况二水头较工况一低一些,裂隙中的水头也比较低,最大水头85.963m,最小水头30.753m,计算得到下游渗流量为:耦合前66.53(m3/天),耦合后为83.98(m3/天)。

4 结束语

通过建立三维有限元模型进行不同工况计算,可得出如下结论:

(1)上游水位越大,整个枢纽区渗流场水头越高,裂隙水头越高,下游渗流量越大。

(2)坝基裂隙耦合和非耦合计算结果表明,耦合计算后坝基扬压力比耦合前大,坝基渗流量增大,坝基渗流场等值线抬高,这样对坝体和坝基的稳定会产生不利影响。

(3)为保证坝体安全运行,可以对两组裂隙进行灌浆处理。

参考文献

[1]祝云华,刘新荣,梁宁慧,等.裂隙岩体渗流模型研究现状与展望[J].工程地质学报,2008,16(2):178-183.

[2]陶煜,刘卫群.裂隙岩体渗流-应力耦合等效渗流阻模型[J].岩土力学,2012,33(7):2041-2047.

[3]陈伟,阮怀宁.随机连续模型分析裂隙岩体耦合行为[J].岩土力学,2008,29(10):2708-2711.

[4]孙玉杰,邬爱清,张宜虎,等.基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究[J].长江科学院院报,2009,26(10):62-70.

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