土石坝坝下涵管三维渗流有限元分析

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1、学校代码10459学号或申请号201212222545密级公开硕士学位论文土石坝坝下涵管三维渗流有限元分析作者姓名：张钊导师姓名：王建有副教授学科门类：工学专业名称：水工结构工程培养院系：水利与环境学院完成时间：2015年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMaster3DFEMSeepageAnalysisonCulvertUnderEarthDamByZhangZhaoSupervisor:A.P.JianyouWangHydraulicStructuralEngineeringSchoolofWaterCons

2、ervancyandEnvironmentEngineeringMay2015学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本

3、人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要摘要土石坝建造在水利工程中有着悠久的历史，和其他坝型相比较，土石坝造价低，因而被作为一种普遍使用的坝体类型。其中埋设于土石坝的坝下涵管是一种重要的输水建筑物，坝下涵管直接埋设于坝体，需要承受顶部坝体填土压力、地基不均匀沉降的影响，在与坝体填土接触部位还需要承受渗流冲刷的作用，破坏后会对工程造成严重的损失。一

4、直以来，在土石坝的规划设计及参数分析中，通常偏重于渗流分析和稳定计算；对涵管的研究则偏重于涵管的受力、沉降的计算等结构计算分析。而对于在坝体稳定渗流期，涵管与坝体填土接触渗流的研究开展较少。本文为了研究坝下涵管周围接触渗流问题，介绍了渗流理论的发展历程和基本方法，建立了稳定渗流期坝体及坝下涵管三维有限元分析模型。通过对土石坝常见非线性问题分析模型的比较，最终确定摩尔-库伦模型作为本文土石坝有限元分析的本构模型。针对不同计算工况，分别建立了坝体及坝下涵管应力计算模型、坝体及坝下涵管三维渗流分析计算模型。根据所开展的工作得出了以下结论：（1）涵管所受应力及竖向位移计算上埋式涵管管顶垂直土压

5、力时，应考虑涵管两侧土体的不均匀沉降的“拖曳摩擦”作用所带来的应力增加。涵管顶部所受竖向应力呈不均匀分布，在涵管上方，随着距离涵管顶部中心线的距离的增加，涵管顶部所受到的竖向应力增加。在涵管外侧，竖向应力先减小后增加，逐渐趋于稳定。随着距离涵管中心线距离的增加，涵管顶部竖向位移逐渐增加，之后逐渐趋于稳定。（2）无截水环时涵管周围渗流涵管周围土体渗流速度、渗流量随涵管周围土体渗透系数的升高而增大，当不设置截水环时，即使涵管周围土体的渗透系数有所变化，但沿程渗透坡降几乎无变化，而仅在渗流出口处，渗透坡降随着涵管周围土体渗透系数的增大而略有减小。（3）截水环对涵管周围渗流场的影响涵管增设截水

6、环可以有效降低涵管周围渗流速度、渗流量，降低涵管周围渗流出口处的渗透坡降，对预防涵管周围土体接触冲刷的发生起到重要作用。I摘要截水环的效果也跟截水环的尺寸和数量有关，在一定的尺寸和数量范围情况下，截水环的数量越多、尺寸越大，其防止涵管周围渗透破坏的效果也越好。超过一定的尺寸和数量后，截水环的影响效果差别不大。关键词：坝下涵管截水环渗流三维有限元分析IIAbstractAbstractThereisalonghistoryofearthrockdamconstructioninwaterconservancyproject.Comparedwithothertypesofdams,ear

7、throckdamcostsless,soitisusedcommonly.Theculvertbelowdam,whichisembeddedintheearthrockdam,isakindofimportantwaterconveyancestructure.Theculvertbelowdamisdirectlyburiedinthedambody.Itneedstobearthesoilpressurecomingfromthedam