土石坝与输水涵管在稳定渗流期的接触冲刷及坝体稳定性分析

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qunli19890523
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在我国现有的水利工程中,由于土石坝坝型有着造价低廉、结构形式简单、适用范围广等优点而被大量使用。埋设于土石坝内部的坝下混凝土输水涵管是一种重要的输水水工建筑物,需要承受渗流-应力耦合作用、土体重力和地基的不均匀沉降作用等。坝体与混凝土输水涵管接触处易发生接触冲刷作用,过大的渗流量会导致工程发生渗透破坏或失效。本文介绍了渗流计算的基本理论,建立了稳定渗流期含混凝土输水涵管的土石坝三维有限元分析模型。选择摩尔-库伦本构模型作为计算渗流-应力耦合作用下土石坝有限元的计算模型,针对不同工况分别建立了坝体和混凝土输水涵管考虑渗流作用计算模型以及渗流-应力耦合作用计算模型。通过土石坝体与混凝土输水涵管的接触冲刷研究得出了以下结论:随着水头高度的减小,观测点处的孔隙压力也随之减小。其中在坝体前段和尾端处孔隙压力变化率最大,下降得最快;在靠近坝体中部的地方,孔压变化速率趋于稳定。总体来说,坝体和混凝土输水涵管接触点处的渗流速度随着水头高度的减小而减小,渗透比降也随之降低,坝体趋于安全。与仅考虑渗流作用的孔隙压力大小相比,渗流-耦合应力下的孔隙压力与渗流速度要普遍大于渗流作用下的孔隙压力和渗流速度。采用摩尔-库伦本构模型计算后的结果表明,应力作用对于最后的孔隙压力和渗流速度大小影响较大,会使接触冲刷更容易发生以及坝体趋于更不利状况,因此耦合作用在实际水利工程进行有限元模拟过程中必须加以考虑。带截渗环与不带截渗环的坝体渗流速度变化规律相似,他们的渗流速度都呈现出逐渐递增的变化规律,水头高度越大渗流速度也越大。不带截渗环的坝体渗流速度普遍大于带截渗环坝体的渗流速度,说明截渗环对于控制土石坝渗流及防治接触冲刷作用能起到一定的有效作用。
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