对深厚砂卵砾石透水坝基渗流的控制方案分析

木合塔尔·坎吉

(新疆克孜尔水库管理局，新疆 阿克苏 842313)

1 数值模型

1.1 稳定渗流场方程及定解

在不考虑水和土自身的压缩性的稳定渗流场归属Darcy′s Law(线性渗流定律)中的二维形式的非均质的各向异性土体渗流，对其的具体有效控制的方程和边界的条件可以使用式(1)～式(2)代表：

(1)

(2)

式中：h(x,z)为实际的需求水头函数；kx、kz为主轴方向为轴的渗透系数；f1为给定水头；f2为给定流量；Γ1为给定水头的边界；Γ2为给定流量的边界；Γ3为自由面；Γ4为溢出段；n为Γ3和Γ4上任一点的法线方向的矢量。

1.2 计算渗流量

计算二维渗流的流量地时经某断面渗流量qi如式(3):

(3)

经渗流域的界面渗流量Q如式(4):

(4)

根据以上表述的相关理论，并根据建立的有限元渗流计算的模型加以计算。

1.3 模型的建立

通过对砂卵砾石坝基的分析，总结其主要具有以下特点：不均匀系统高、颗粒浑圆、间隙由细砂进行填充、局部架空等等。本文主要以小河道的坝基进行分析，以某地的水电站的坝基为分析的实际案例进行探讨。水电站的坝基主要是由砂卵砾石组成，而覆盖层的厚度为19.2 m，坝基属于十分典型的深厚砂卵砾石透水坝基[1]。具体如图1显示的坝基剖面图。

图1 砂卵砾石剖面

通过研究决定拟用三种不同的方案针对水平铺盖和混凝土垂直防渗墙以及联合防渗的工况开展不同的计算分析，具体内容如下：①水平铺盖方案，长度设为L=0 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m。②垂直防渗墙方案，深度设为h=0 m、5.0 m、6.0 m、7.0 m、8.0 m、9.0 m、10.0 m、12.2 m。③联合防渗方案，水平铺盖0～60 m和垂直防渗墙5～10 m。

设置不同的方案主要为分析应用的效果，使用方案①和方案②主要是为分析水平铺盖长度发生变化时渗流场所出现的变化规律，以及垂直防渗墙的深度发生变化时渗流场出现的变化规律。……