土石壩飽和-非飽和滲流數(shù)值模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、滲流問題是土壩、堤防等工程領(lǐng)域的一個重要課題，滲流破壞幾乎貫穿于土石壩的各種病害成因之中。以前大部分滲流計算僅考慮飽和區(qū)而忽略非飽和區(qū)，實際上自由面以上的非飽和區(qū)域土壤水分運動在滲流計算中同樣起著重要作用。
　　 基于以上考慮，本文將飽和區(qū)和非飽和區(qū)統(tǒng)一起來，對土石壩的滲流進行數(shù)值模擬。本文首先以總水頭為未知量，從質(zhì)量守恒原理出發(fā)，推導(dǎo)了二維飽和-非飽和滲流的控制方程。并且根據(jù)有限單元法的原理推導(dǎo)得出了基于Galerkin加權(quán)余

2、量法的飽和—非飽和滲流方程的有限元解。隨后，利用MATLAB軟件編寫了滲流計算程序。接下來，模擬計算了各種壩型的滲流場并總結(jié)各自的規(guī)律，模擬分析了各種影響因素對均質(zhì)壩滲流的影響；最后，將飽和-非飽和滲流理論與模型應(yīng)用于泔河水庫大壩，對大壩進行滲流模擬計算。
　　 經(jīng)過計算與分析，得出以下一些結(jié)論：
　　 1、與均質(zhì)壩相比，設(shè)有水平排水的均質(zhì)壩和心墻壩存在一些優(yōu)勢，水平排水可以有效地控制和引導(dǎo)滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓

3、力消散，從而對增強壩體的穩(wěn)定有一定的作用。設(shè)置心墻后，浸潤線在進入心墻時發(fā)生嚴重的彎曲，下游浸潤線明顯降低，心墻的設(shè)置對下游壩坡的穩(wěn)定有一定的作用。
　　 2、在飽和—非飽和滲流模擬計算中，滲透系數(shù)的各向異性、水庫上游水位變化速度以及滲流系數(shù)大小都會對滲流產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)庫水位不變時，增大水平方向的滲透系數(shù)，會使浸潤線有所抬高，負壓區(qū)逐漸減??；當(dāng)水庫上游水位變化時，如果加快上游水位變化速度，則壩體內(nèi)浸潤線變化也相應(yīng)的加快，壩體