深厚覆盖层坝基中弱透水层对渗流场与应力场的影响研究

发布时间：2019-08-14 13:21

【摘要】：深厚覆盖层地基常出现在我国西南、西北地区,随着水电事业的快速发展,许多水利工程被迫建立在深厚覆盖层地基上。深厚覆盖层坝基的防渗工程具有施工难度大、施工工期长和工程量大等一系列难题,都亟待解决。深厚覆盖层坝基中往往存在弱透水层,如达嘎水电站、金沙江上江坝和硬梁包水电站等。弱透水层往往既是隔水层又是软弱夹层,是利用其作为渗流控制依托层,还是不考虑其防渗作用,关系到防渗工程的成本和进度等。流固耦合能较真实地反映出弱透水层对坝基渗流场和应力场的影响,本文以比奥固结理论为基础,结合土体非线性流变理论,着重考虑土体力学和水力参数的相互作用关系,借助ADINA和GeoStudio进行双场耦合求解,分析深厚覆盖层坝基中弱透水层对土石坝渗流场和应力场的影响,以及自身应力应变特性。并针对上江坝进行建模计算,探讨该工程深厚覆盖层坝基中的弱透水层能否作为防渗依托层。此外,通过砂槽试验分析弱透水层对双场的影响,从而验证数值模拟计算的精确性。分析得出以下主要结论:(1)防渗墙和坝基中弱透水层共同使用能形成联合防渗体,该联合防渗体系能提高垂直防渗墙的控渗效果,且半封闭式防渗墙的控渗效果优于悬挂式防渗墙。(2)二元结构深厚覆盖层上土石坝垂直防渗墙的最优深度为防渗墙嵌入弱透水层2~3 m时对应的深度;当防渗墙将要嵌入弱透水层时,防渗墙底部渗透坡降急剧上升,出现极大值,工程应用中应引起足够重视。(3)坝基不采用垂直防渗体防渗时,弱透水层所处的位置越靠近表层,其抑制坝基坡降、降低渗流量的效果越显著;弱透水层所处的位置离建基面越远,对大坝的防渗越不利。(4)若在坝基中设置垂直防渗墙,埋藏较深的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系,相比位置较浅的半封闭式联合防渗体系,抑制坝基出逸坡降和降低渗流量的效果更好。(5)弱透水层与防渗墙能形成联合防渗体系,能发挥显著的隔水作用。弱透水层以下岩组的主应力应变值降低,但弱透水层上部岩层和防渗墙的主应力应变值均会有所增大。(6)上江坝工程实例中,经半封闭式联合防渗体系降低后的渗流量及出逸坡降皆在允许范围内,且弱透水层自身应力应变均小于其允许值,防渗墙深度相比全封闭式防渗墙减小近60 m,若方案能给与采用,可大大减小工程量。因此,坝基内部若存在弱透水层应该给予足够的重视,科学论证后若能加以利用,能做到事半功倍。此研究成果能为类似工程提供一定的理论参考及建议,从而减小工程量。
【图文】：

概况,模型,防渗墙,混凝土防渗墙

为便于计算和寻求深厚覆盖层坝基渗流规律，文中坝体对二元结构坝基渗流问题进行探讨研究，得出相关的规律，提供理论支撑及技术指导。大坝高 10 m，坝前水深为 8 m，坝顶宽 3 m，上、下游坝坡土垂直防渗墙进行控渗，坝体不采取附属的防渗措施，依靠量和渗透坡降会随着深厚覆盖层坝基中垂直防渗墙位置的不究表明，混凝土防渗墙越靠近上游时，其控渗效果越好[27]，如何降低混凝土防渗墙的深度、缩短施工周期和提高防渗防渗墙设置于坝踵处，混凝土防渗墙深度为 5～65 m，每间。根据防渗墙底端所处位置及覆盖层的地质构造，防渗墙和全封闭式[68]。层坝基中各土层和坝体的分布，如下图 2-1 所示。0～30 m强透水层，30～31 m处存在 1 m厚连续弱透水层，3区以下防渗墙深度小于 30 m时，为悬挂式防渗墙；随着防渗墙深 30 m时，，防渗墙形式发生改变，由悬挂式防渗墙转变为半深度达到 65 m时，防渗墙由半封闭式转变为全封闭式。

变化曲线,悬挂式防渗墙,等势线,单宽渗流量

（b）S=20 m图 2-2 渗流等势线（悬挂式防渗墙）Fig 2-2. Equipotential lines (suspended cutoff wall)别计算得出 5种防渗墙深度下的大坝单宽渗流量 q、坝 J1，将计算结果列入下表 2-2。表 2-2 单宽渗流量和渗透坡降随悬墙深度的变化on of seepage discharge per unit width and seepage gradient with the m 单宽渗流量 q/10-4m3/(s·m) 防渗墙底部坡降 J14.4 0.85 3.7 0.74 3.1 0.69 2.6 0.64 2.1 0.67 渗流量 q和坝基出逸坡降 J 随防渗墙深度的变化规律，渗流量 q和坝基出逸坡降 J 随防渗墙深度的变化曲线。拟合，拟合结果如图 2-3 和 2-4所示。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV223.4

【参考文献】