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基于GeoStudio的土石坝动力安全复核
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你可能喜欢面板堆石坝垂直缝局部失效渗流量数值模拟计算--《水电2006国际研讨会论文集》2006年
面板堆石坝垂直缝局部失效渗流量数值模拟计算
【摘要】：对于高面板堆石坝,当坝体变形过大时可能导致周边缝、面板垂直接缝的止水局部失效(破坏)。在高水头作用下失效缝附近将发生大量渗流,还可能影响大坝的安全运行,这是工程建设前期必须要考虑的问题。近年来土石坝防渗结构的渗透特性及渗透稳定性研究受到广泛重视,目前已发展了当防渗结构出现裂缝等非常工况下土石坝渗流场的多种分析方法。本文利用ADINA通用有限元程序对某高混凝土面板堆石坝的渗流场进行了数值模拟计算,分别探讨了坝体渗流量与模拟失效缝位置(压力水头)、失效缝缝宽、垫层渗透系数的关系,对计算结果的分析发现坝体渗流量与各个影响因素呈非线性关系。由于坝体渗流的复杂性,往往是多种因素交叉影响,综合考虑三个因素对坝体渗流量的影响,为经验计算渗流量方便,提出了面板垂直缝失效时计算坝体渗流量的数值模拟计算公式。误差分析说明所提出的拟合公式能够较好地反映坝体渗流量的一般规律,可以用于类似面板坝工程的垂直缝局部失效时的渗流量估算。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TV641.4;TV223.4【正文快照】：
随着施工技术的不断改进、经验的积累,工程运行的考验以及设计理论的不断成熟,混凝土面板堆石坝(CFRD)已成为当今世界上一种极具竞争力的坝型【1】。它具有投资省、工期短、安全性好、施工不受气候影响、导流工程简单和对坝基适应性强等优点,因此受到了工程界的欢迎,坝的数量
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淤地坝设计
导读：处理的标准与要求应根据具体情况在设计中确定，坝体与坝基及岸坡的连接必须妥善设计和处理，结合土坝设计、施工情况，三、溢洪道设计，（2）网状排水带中纵向排水带(平行于坝轴线）的厚度和宽度及伸入坝体内的深度应根据渗流计算确定。网状排水带中的横向排水带宽度应不小于0.5m，其坡度不宜超过1%，或按不产生接触冲刷的要求确定。（3）当渗流量很大，增大排水带尺寸不合理时，可采用排水管，管周围应设反滤层。（4
（2） 网状排水带中纵向排水带(平行于坝轴线）的厚度和宽度及伸入坝体内的深度应根
据渗流计算确定。网状排水带中的横向排水带宽度应不小于0.5m，其坡度不宜超过1%，或按不产生接触冲刷的要求确定。
（3） 当渗流量很大，增大排水带尺寸不合理时，可采用排水管，管周围应设反滤层。
（4） 坝内水平排水伸进坝体的极限尺寸，对于粘性土均质坝为坝底宽的1/2，砂性土均
质坝为坝底宽的1/3；对于土质防渗体分区坝，宜与防渗体下游的反滤层相连接。 土坝稳定分析计算
溢洪道土坡稳定性运用GeoStudio软件中的Slope/w套件进行分析。运用Bishop分析的最危险滑移面及其安全系数如下：
截取部分输出报告如下：
Model:Mohr-Coulomb
UnitWeight:15kN/m3
Cohesion:8kPa
SlipSurfaceEntryandExit
LeftProjection:Range
Left-ZoneLeftCoordinate:(0.)m
Left-ZoneRight Coordinate:(5，31)m
Left-ZoneIncrement:4
RightProjection:Range
Right-ZoneLeftCoordinate:(51.32716，10)m
Right-ZoneRightCoordinate:(70.25，10)m
Right-ZoneIncrement:4
RadiusIncrements:4
SlipSurfaceLimits
LeftCoordinate:(0，31)m
RightCoordinate:(80，10)m
CriticalSlipSurfaces
坝基（包括坝头，下同）处理应满足渗流控制（包括渗透稳定和控制渗流量）、静力和动力稳定、允许沉降量和不均匀沉降量等方面要求，保证坝的安全运行。处理的标准与要求应根据具体情况在设计中确定。竣工后的坝顶沉降量不宜大于坝高的1%。对于特殊土的坝基，允许总沉降量应视具体情况确定。
坝基中遇到下列情况时，必须慎重研究和处理。
深厚砂砾石层；软粘土；湿陷性黄土；疏松砂土及少粘性土；喀斯特(岩溶）；有断层、破碎带、透水性强或有软弱夹层的岩石；含有大量可溶盐类的岩石和土；透水坝基下游坝脚处有连续的透水性较差的覆盖层；矿区井、洞。
坝体与坝基及岸坡的连接
坝体与坝基及岸坡的连接必须妥善设计和处理。连接面不应发生水力劈裂和邻近接触面岩石大量漏水，不得形成影响坝体稳定的软弱层面，不应由于岸坡形状或坡度不当引起不均匀沉降而导致坝体裂缝。
坝体与土质坝基及岸坡的连接必须遵守下列规定：
坝断面范围内必须清除坝基与岸坡上的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾及其他废料，并将清理后的坝基表面土层压实；坝体断面范围内的低强度、高压缩性软土及地震时易液化的土层，应清除或处理；土质防渗体应坐落在相对不透水土基上，或经过防渗处理的坝基上；坝基覆盖层与下游坝壳粗粒料（如堆石等）接触处，应符合反滤要求，如不符合应设置反滤层。
坝体与岩石坝基和岸坡的连接应遵守下列原则：
坝断面范围内的岩石坝基与岸坡，应清除其表面松动石块、凹处积土和突出的岩石；土质防渗体和反滤层宜与坚硬、不冲蚀和可灌浆的岩石连接。若风化层较深时，高坝宜开挖到弱风化层上部，中、低坝可开挖到强风化层下部，在开挖的基础上对基岩再进行灌浆等处理。在开挖完毕后，宜用风水枪冲洗干净，对断层、张开节理裂隙应逐条开挖清理，并用混凝土或砂浆封堵。坝基岩面上宜设混凝土盖板、喷混凝土或喷水泥砂浆；对失水很快风化的软岩（如页岩、泥岩等），开挖时宜预留保护层，待开始回填时，随挖除，随回填，或开挖后用喷水泥砂浆或喷混凝土保护；土质防渗体与岩石接触处，在邻近接触面0.5?1.0m范围内，防渗体应为粘土，如防渗料为砾石土，应改为粘土，粘土应控制在略高于最优含水率情况下填筑，在填土前应用粘土浆抹面。
与土质防渗体连接的岸坡的开挖应符合下列要求：
岸坡应大致平顺，不应成台阶状、反坡或突然变坡，岸坡上缓下陡时，变坡角应小于20°；土质岸坡不宜陡于1:1.5；岸坡应保持施工期稳定。
土质防渗体与岸坡连接处附近，可扩大防渗体断面和加强反滤层。
坝体与其他建筑物的连接
坝体与混凝土坝、溢洪道、船闸、涵管等建筑物的连接，必须防止接触面的集中渗流，因不均匀沉降而产生的裂缝，以及水流对上、下游坝坡和坡脚的冲刷等因素的有害影响。
坝体与混凝土坝的连接，可采用侧墙式（重力墩式或翼墙式等）、插入式或经过论证的其他形式。土石坝与船闸、溢洪道等建筑物的连接应采用侧墙式。土质防渗体与混凝土建筑物的连接面应有足够的渗径长度。
坝体与混凝土建筑物采用侧墙式连接时，土质防渗体与混凝土面结合的坡度不宜陡于1:0.25，下游侧接触面与土石坝轴线的水平夹角宜在85?90°之间。连接段的防渗体宜适当加大断面，11
或选用高塑性粘土填筑并充分压实，且在接合面附近加强防渗体下游反滤层等。严寒地区应符合防冻要求。
坝下埋设涵管应符合下列要求：
土质防渗体坝下涵管连接处，应扩大防渗体断面；涵管本身设置永久伸缩缝和沉降缝时，必须做好止水，并在接缝处设反滤层；防渗体下游面与坝下涵管接触处，应做好反滤层，将涵管包围起来。
为灌浆、观测、检修和排水等方面的需要设置的廊道，可布置在坝底基岩上，并宜将廊道全部或部分埋入基岩内。
土坝裂缝的处理
发现裂缝，应开挖探坑查明裂缝部位、形状、宽度、长度、深度、错距和走向；根据观测资料，结合土坝设计、施工情况，分析裂缝成因，针对不同性质的裂缝，采取相应的处理措施。 对于较浅的龟裂缝，一般可在表面铺一厚约30cm的保护土层。
较深的裂缝用回填法处理，处理后随即铺设保护层。裂缝较深时上部开挖回填、下部灌浆处理。灌浆时应按先稀后稠的原则，泥浆稠度以水土比1:1.2?1:2.5为宜。
横向裂缝（垂直于坝轴线的裂缝）危险性极大，汛期应加强监测，控制运用，汛后及时挖槽回填处理。
三、 溢洪道设计
溢洪道布设应符合以下技术要求：
（1）应尽量选择天然马鞍形山凹地形，不得布置在断层、滑坡体或地质破碎的地方。
（2）中心线应力求顺直，如受地形限制需转弯时，弯曲半径应大于水面宽度的5倍。
（3）“出口应采取妥善的消能措施，并使消能后的水流离开坝脚一定距离”的目的是，避免水流冲刷和回流淘刷坝脚。也有工程受地形条件限制，溢洪道出口布置在距坝脚较近处，有些工程的溢洪道是在坝肩的岸边山坡开挖而成，应对坝脚进行适当的保护。
（4）溢洪道的布设还应考虑管理、抢修工作以及后期坝体加高的要求。
溢洪道应布设在完整、坚硬的基岩或土基上，避开破碎岸坡、滑坡体和断层。
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