平原水库均质土坝与穿坝涵管接触冲刷破坏机理及监测技术研究

发布时间：2020-04-02 17:52

【摘要】：为解决我国部分地区水资源紧张的问题,在平原地区修建了大量的平原水库,为缺水地区提供生活和灌溉用水。由于均质土坝构造简单、施工方便和工作可靠等特点,成为平原水库中应用最为广泛的挡水建筑。均质土坝作为平原水库的挡水建筑物,与穿坝涵管相互结合以完成水库枢纽工程调控蓄水的功能。一旦渗流进入坝体与涵管接触部位易发生接触冲刷,导致水量损失、坝坡下游浸水甚至滑坡溃坝,同时具有危害巨大和破坏突然的特点。均质土坝与穿坝涵管接触冲刷破坏的本质是土-结构接触面的渗流破坏。因此,本文首先开展了室内试验和数值计算,研究了土-结构接触面渗流破坏过程中的变形条件、水力条件和应力条件;在此基础上,开展了均质土坝与穿坝涵管接触冲刷破坏模型试验和模型试验尺度的离散元分析,研究了接触冲刷破坏的形态、范围和过程,揭示了其破坏机理;基于室内模型试验结果,结合分布式光纤测温技术,研究了平原水库供水洞渗流安全监测技术。本文主要工作及创新成果如下:(1)设计了土-结构接触面渗流破坏试验装置,开展了接触面渗流破坏试验,研究了破坏过程中接触面变形、渗流流速的变化规律,获得了接触面渗流破坏的“渗流稳定阶段”、“渗流过渡阶段”和“渗流破坏阶段”的三段式破坏形式,定量分析了不同因素对接触面渗流破坏的影响程度;(2)开展了土-结构接触面直剪试验,结合土-结构接触面渗流破坏试验结果,获得了“渗流稳定阶段”和“渗流过渡阶段”接触面剪应力的变化规律;(3)结合室内渗流破坏试验和直剪试验,建立了土-结构接触面渗流破坏离散元数值计算模型,获得了“渗流破坏阶段”接触面变形及应力变化规律,从细观角度揭示了土-结构接触面渗流破坏机理;(4)依托南水北调东线大屯水库,配制了适用于接触冲刷破坏模型试验的流固耦合相似材料并开展了模型试验,获得了接触冲刷破坏条件、范围和过程,揭示了截渗环结构的作用机理;(5)基于室内模型试验,建立了室内模型试验尺度的离散元数值计算模型,获得了接触冲刷破坏形态,通过极限平衡法,提出了计算坝-涵接触面剪应力的计算公式;(6)在分析均质土坝与穿坝涵管接触冲刷破坏过程的基础上,开展分布式光纤测温试验和光纤的热流耦合数值计算,获得了光纤导热系数、加热功率及流速对光纤纤芯温度的影响规律,提出了适用于平原水库的渗流安全监测方法。
【图文】：

的挡水建筑均质土坝作为平原水库工程的挡水建筑物，与进水建筑、泄水建逡逑筑和输水建筑等相互结合以完成水库枢纽工程调控蓄水的功能。平原水库工程中逡逑的输水和泄水建筑主要为穿坝涵管，，如图１－２所示。由于穿坝涵管的管身埋设于逡逑坝体内部，坝体与涵管存在土－结构接触面，故贯通上下游的接触面一直是渗流逡逑的薄弱环节，一旦渗流进入坝体与穿坝涵管接触部位易发生接触冲刷破坏｜２】。逡逑图Ｍ平原水库工程（图片来源于网络）逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｌａｉｎ邋ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ邋ｐｒｏｊｅｃｔ邋（Ｉｍａｇｅ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｎｅｔｗｏｒｋ）逡逑．？丨逡逑？？？逦＇命逡逑？邋．逦－邋Ｉ－邋－邋．邋？邋．逡逑图１－２平原水库均质土堋与穿坝涵管（图片来源于网络）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｅａｒｔｈ邋ｄａｍ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓ－ｄａｍ邋ｃｕｌｖｅｒｔ邋ｏｆ邋ｐｌａｉｎ邋ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ邋（Ｉｍａｇｅ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｎｅｔｗｏｒｋ）逡逑１逡逑

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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV698.1

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本文编号：2612256