库水位降落下某均质土坝饱和-非饱和渗流数值分析

实用技术　库水位降落下幕均质土坝饱和一非饱和渗流数值分新　口寇建卫马超杨雯惠　某均质土坝．坝顶高程为８５２．０ｍ．　坝顶宽度为１０ｍ．最大坝高为６６．０ｍ。　上游坝坡坡比为１：２．７５和１：３．下游坝　坡坡比均为１：２．７　正常工况下．上游正　常蓄水位为８４８ｍ．下游相应水位为　在考虑非饱和土的稳定、非稳定渗　流场计算时．将坝体料的体积含水量函　线呈上凸趋势．且随库水位下降速度的　增大．上凸趋势越明显。　数和渗透系数函数采用Ｖａｎ—Ｇｅｎｕｃｈｔ—　ｅｎ模型进行拟合。见表１。　１．３计算工况　研究库水位分别以速度ｖ＝０．１ｍ／ｄ　和ｖ：ｌｒｒｄｄ．历时分别为４８０ｄ和４８ｄ．从　工况一：库水位下降速度ｖ＝０．１ｍ／ｄ　时．历时４８０ｄ时．水位下降到８００ｒｎ高　程　饱和渗流浸润线前端随水库水位同　步下降．各时段浸润线随时间均匀变　化．４８０ｄ时水位已经趋于水平．随时间　继续增加．直到５８０ｄ时．浸润线基本没　有发生变化．一直处在４８０ｄ的位置　考　虑非饱和影响时．随时间增加．浸润线　７９８ｍ　该大坝的横断面图见图１　坝体　内设置水平褥垫排水　坝基岩体上部强　风化带厚度为１．０　２．０ｍ．强～弱ＪｘＬ化岩　上游正常蓄水位８４８ｍ下降到８００ｍ高　程的稳定和非稳定渗流场。　２．库水位下降对饱和与非饱和渗　流数值分析　体透水率Ⅱ：１０　３５Ｌｕ的中等透水层厚　度为１０．０ｍ左右．下部岩体岩体透水率　ａ＜３Ｌｕ．可视为相对隔水层。　１．有限元模型与计算参数　靠近坝体上端部位逐步（转第３９页）　通过有限元计算．　１．１有限元模型　计算坐标系规定如下：ｘ轴勾顺河　流方向．从上游指向下游为正：Ｙ轴为　垂直方向．竖直向上为正：坐标原点（０，　将饱和非稳定渗流与非　饱和非稳定渗流计算得　到的浸润线进行对比。　通过对比分析可以看　一　Ｅ　９０　熏　２０：　Ｏ　２０　ＩＯ　６０　８Ｏ　１０ｏ１２ｔ３１●０１６０１８０　２００　２２０　２４０　２６Ｏ　２∞３ＯＯ　３２０　３帅３６０　３８０‘０ｏ●２０　４４０　４６０●ｅ０　５００　０）取在模型的左下方。如图２所示。计　算模型的范周选取：该均质坝最尺坝高　６６ｍ．在ｘ方向．分别沿坝踵上游和坝　出：饱和渗流与考虑非　饱和因素的渗流浸润线　有明显的区别，饱和渗　坝宽（ｍ）　图２大坝有限元模型　址下游各取６０ｍ．约１倍坝高：　Ｙ方　向．从坝底向下取８０ｍ，约１．２倍坝高。　应用岩土软件ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ软件中的　ＳＥＥＰ／Ｗ模块采用三角形和四边形单　元相结合剖分形式进行剖分　流的浸润线靠近上游坝　　面处随水位面同步下　表１渗流计算所需参数表　坝体　５　２８￣１０　ｌ９　７　排水体　弱透水层　强透水层　１．８ｘ１０４　１４　５　３ｘ１０　７　２５　２　３　７×１０一　２３０　防渗帷幕　３×１０－７　２５．８　降．曲线呈下凹趋势：考　虑非饱和渗流的靠近上　游坝面处浸润线也随水　材料类型　渗透系数（ｍ／ｓ）　天然重度（ｋＮ／ｍ　１　１．２计算参数　位面同步下降．但是曲　图１大坝横剖面图　收稿日期：２０１４—０４—１６　作者简介：寇建卫，男，汉族，河北天和咨询有限公司，助理工程师。　马超，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，助理工程师。　杨雯惠，女，汉族，黄河水利出版社。　工作交流　成）．既增加河底渗透性．又可增强水体　自然净化功能　间通过锯齿构型咬合．提高了整体的稳　案。对河流流出各市的断面进行监测．　对于检测不合格的进行批评处罚．由财　定性。　在河道内人工设置浅滩和深沟．或　将传统的混凝土或浆砌石等硬质　护坡或护岸改建为生态形护坡或护岸。　生态形护岸一般可分为自然原形护岸　政部门每月按照省环保局提供的考核　断面水质超标倍数和应扣缴数额．直接　从设区市财政扣缴．作为子牙河流域水　污染生态补偿资金．专项用于水污染综　建造丁坝和挑流坝．营造深浅缓急多变　化的水流状态　模拟水生生物生长环　境．利于水生生物的成长．提高生物群　种多样性　（依靠种植植被保护河堤）、混合形护岸　（采用自然与人工材料结合方法保护河　堤）　由于纯植物措施防冲能力较差．根　合整治的减排工程　该实施方案对子牙　河流域水污染治理起到了积极的作用　在控制污水排放的同时．增强河道　自净能力的生态型河床构建．采用水生　植被恢复技术　选择适宜当地生长、具　三是河岸带植被修复　河岸带指河　水与陆地交界处的两边．直至河水影响　消失为止的地带　河岸带具有缓冲带与　系深入河堤堤脚之前．植物会增加河岸　的不稳定性．且草本植物对岸坡的保护　效果也受水位的影响．结合子牙河流域　河道特点．在冲刷严重的河床采月ｊ混合　形护岸形式　常用的混合型护岸有格宾　网箱护岸和生态混凝土球（块）护岸。护　植被护岸等功能．同时也是沿岸部分生　物的觅食地　通过河岸带生物及河岸缓　有较好净化效果、易于管理和综合利　用．不易产生二次污染的植物物种。利　冲带恢复与重建技术在河流两岸建立　植被区域．通过过滤和截留沉积物、水　分及营养物质等来协调河流横向（河岸　边高地到河流水体）和纵向（河流上游　到下游）的物质和能量流．发挥河岸带　用植物提高水体自我净化能力．进而产　生适宜水生生物成长的环境．形成食物　网调控环境．提高水体净化能力。　３．结语　坡护岸首先考虑防冲问题．人工材料的　防冲稳定效果比较好．如格宾网灌块石　护岸能承受最大流速可达６ｍ／ｓ．可以　保证岸坡防冲刷的要求　混合型　岸材　料为柔性透水材料．可适应各种土层性　植被护岸功能．降低土壤侵蚀程度、保　护生物栖息地及改善水质　四是河道污染治理　建立最严格水　资源管理制度与流域生态补偿机制。生　态保护首先要有基流．明确河流生态用　水的法律地位．控制区域用水总量，控　制入河污染物总量．保证生态系统的恢　质并与之较好地结合．很好地适应基础　变形．有利于堤防和岸坡的稳定　、生态　子牙河流域河道生态治理应遵循　自然法则，做到“人水和谐”，“保护、创　造生物良好的生存环境与自然景观”为　混凝土球（块）护岸有利于植被生长．植　被生长状况和微生物富集效果．　ｊ生态　建设前提．但不是单纯的环境生态保护．　而是在保护（维护）再生生物群落的同　时．建设具有设定蓄泄洪水能力的河　道　口　混凝土预制砌块组合的空隙率有关．空　隙率越大．植被生长越茁壮．微生物富　集效果越好：且在护砌方式上．生态混　复与建设。对于污染，本着“谁污染，谁　治理”的原则进行．如河北省政府已制　定了子牙河水系污染综合治理实施方　凝土球之间通过钢筋连接固定．砌块之　（接第３（）页）最远距离后．就可以计算　出各施工段的弃土量、取土量及调入、　调出量　挖土中利用量的运距、调往其他段土量　的运距及弃土量的运距加权平均即可　得出土方开挖的综合运距　需要注意的是弃土量要按照自然　方来统计　比如按照上述自然方与松方　土方平衡设计是一项繁琐且复杂　的工作．需要耐心而细致的进行．并且　不是某一个专业能够单独完成的．需要　在计算时要注意进行土方松实转　换　工程设计中土方填筑一般指ｔ方的　压实方．土方开挖一般指土方的自然　方．而开挖后的弃土一般是松方．所以　多个专业间的相互配合　在邯邢段的施　工过程中．由于现场施工条件的变化．　也发生了一些土方平衡的变更．变更投　资动辄几百万、上千万　由此可见土方　的转换系数来计算。一个弃土场的容量　是ｌ１万ｍ　．那么开挖１０万ｍ，土方就　在土方平衡中要进行松实的转换　邯邢　段所采用转换方式为：１压实方＝１．１８　自然方．１自然方＝１．１松方．将压实方　正好装满弃土场．计算综合运距时应采　用１０万ｍ，来加权平均而不是ｌ１万　ｍ，　但在调查弃土场时要按照松方容量　平衡设计在工程设计中．尤其是在南水　北调这类大型渠道工程设计中的重要　性．在以后的设计、施工中要不断总结　经验教训。口　转换成自然方进行平衡计算　根据各施工段的弃土量和缺土量　来调查．不然就会发生弃土场容量不足　的问题　来进行弃土场和取土场调查．落实每个　弃土场和取土场的容量　将各施【段开　４．结语　（接第３５页）与上游水位趋于平行．水　影响时．０～１１ｄ左右．浸润线前端随水　到达５８０ｄ时水位趋于水平　位下降５８０ｄ时与考虑饱和影响汁算的　４８０ｄ浸润线也基本一致　库水位同步几乎下降．逐渐与水位平　行．从１６ｄ左右往后．随库水位下降和　饱和渗流的浸润线靠近上游坝面　处随水位面同步下降．曲线呈下凹趋　势：考虑非饱和渗流的靠近上游坝面处　浸润线也随水位面同步下降．但瞌线呈　上凸趋势．且随库水位下降速度的增　大．上凸趋势越明显　饱和渗流坝体浸　工况二：库水位下降速度ｖ＝ｌｍ／ｄ　时间的增加．浸润线前端向下弯曲的程　度越来越明显．浸润线最高点的下降速　时．历时４８ｄ时．水位下降到８００ｍ高　程　饱和渗流浸润线前端随水库水位同　步下降．变化趋势与ｖ＝０．１ｍ／ｄ时一样．　当历时４８ｄ时．水位已趋于水平．随时　间的继续增加．直到５８０ｄ时．浸润线与　４８ｄ的基本没有发生变化　考虑非饱和　度也低于库水位下降速度．出现了较为　明显的滞后现象　历时４８ｄ时．库水位　下降到８００ｍ高程．而浸润线最高点高　程库水位３０．２ｍ　随时间增加．浸润线　最高点不断下降．前端坡度越来越缓。　润线随库水位一起下降．不会发生浸润　线滞后现象　而对于饱和一非饱和渗　流，则发生浸润线滞后现象。口