弱透水地基上水平铺盖对闸基渗流场的影响研究.pdf

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1、第43卷第l7期人民长江Vo1．43．No．172012年9月YangtzeRiverSep．，2012文章编号：1001—4179(2012)17—0079—04弱透水地基上水平铺盖对闸基渗流场的影响研究张晓悦，张晓乐，苏敏，王建新4(1．浙江水利水电专科学校，浙江杭州310018；2．浙江华东工程安全技术有限公司，浙江杭州310014；3．浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州310002；4．中国水电顾I'q集团华东勘测设计研究院，浙江杭州31O014)摘要：利用饱和一非饱和、稳定一非稳定渗流场有限单元法，建立固定网格的某闸基渗流场计算模型，研究弱透水地基上铺盖的长度和厚度变化

2、对闸基渗流场的影响，以及铺盖止水破坏和铺盖产生裂缝情况下的闸基渗流场。研究表明，在弱透水地基上，水平铺盖对闸基的防渗作用并不明显，在止水破坏或产生裂缝时，增加铺盖厚度反而会导致闸基渗流场形态恶化。建议在弱透水地基上，铺盖的设置只要满足表面防冲要求即可，据此可对水闸设计规范中的相应条文作进一步细化和改进。关键词：闸基；渗流；弱透水地基；混凝土铺盖；有限单元法中图法分类号：TV223文献标志码：A水闸是一种分布广泛的重要水利设施，水平铺盖1闸基渗流数值模型的建立和防渗墙是闸基的主要渗控措施，目前对于深覆盖层以及强透水地基上闸基水平铺盖的研究较多”，但闸基渗流场问题属于无渗流自由面的饱

3、和一非饱是对于弱透水地基上铺盖对闸基渗流场的影响则相和、稳定一非稳定有压渗流问题，本文假设闸基渗对研究较少，弱透水地基上水平铺盖如何设置，水平铺流场未出现管涌以及流土破坏，求解可以采用固定网盖的长度及厚度对闸基渗流场的影响如何，目前尚无格的三维非稳定渗透破坏有限单元法。明确的研究结论。在《水闸设计规范》(SL265—2001)1．1控制方程中仅规定了在透水地基上闸基防渗措施的布置标准，假设土体骨架和孔隙水不可压缩，饱和一非饱和、但对于弱透水地基上如何布置水平铺盖未做明确规稳定一非稳定三维渗流场求解微分控制方程为定。本文针对这一问题，基于闸基三维稳定一非稳定、去，(hc)Ohc^(

4、川+Q=c(¨鲁饱和一非饱和有限元计算理论，利用固定网格法，(1)建立闸基渗流有限元计算模型，研究在弱透水地基上式中，h为压力水头；Q为源汇项；为直角坐标，i=水平铺盖对闸基防渗所起的作用，以及铺盖长度和厚1，2，3；为饱和渗透系数张量；为相对透水率，为度对闸基渗流场的影响。在水闸长期运行过程中，铺非饱和土的渗透系数与同一种土饱和时的渗透系数的盖的止水结构可能会发生破坏，铺盖也可能产生裂缝，比值；C为容水度。这些都会对闸基的防渗产生不利影响，本文也将针对这种情况研究铺盖产生裂缝以及铺盖止水破坏后闸基1．2控制方程的空间离散的渗流场状态。对渗流计算域进行单元离散，单元内压力水头收稿

5、日期：2012—03—27基金项目：科技部中奥两国科技合作项目“非饱和土石坝、堆石坝和混凝土坝的长期效应及渗流特性”(CN01／2007)；浙江省教育厅2012年度科研计划项目(Y201224384)作者简介：张晓悦，女，博士，主要从事水工结构工程的数值模拟研究。E—nlail：33490608@qq-c0m80人民长江插值公式为剖分，网格单元总数为6507个，节点总数为9063个。h=N⋯h(2)计算工况的选取根据有无铺盖、铺盖的完好性以式中，h为单元节点m的压力水头，m=1，2，⋯，m，及铺盖的厚度不同而定，各工况特性描述见表1。各m为单元节点数；N为单元形函数。工况上游水位

6、均为20m，下游水位均为10m，弱透水采用Galerkin加权余量法可得控制方程(1)空间黏土地基渗透系数为1．8X10～cm／s，混凝土铺盖渗离散后的积分方程，即渗流场求解的有限元迭代方程透系数为1．0X10一cm／s，有限元模拟得到各工况下[]{h。}+[B]{Oh／Ot}=[F](3)渗流场稳定时的水头等值线见图1～7。表1闸基渗流场计算工况式差e=IJekschc警uJUi序号工况描述序号工况描述工况1无铺盖工况4混凝土铺盖厚0．5m，铺[B]=Ic(h)NNdv，盖止水结构破坏工况2混凝土铺盖厚0．5m工况5混凝土铺盖厚1．Om，结=一耋eIe㈣hcui瓤e=IJ』s构

7、完好，无裂缝工况3混凝土铺盖厚0．5m，铺工况6混凝土铺盖厚1．0m，铺式中，ne为单元数；q为已知边界流量；F为流量盖有宽1mm的裂缝盖有宽1mm的裂缝边界。由于控制方程(3)是非线性的，土体的渗透系数M^X：20O和容水度需在计算中根据其体积含水率的变化而不断19-调整，式(3)需要通过迭代进行求解。在每一个时段内设定一个迭代收敛条件，比如lh：一『