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【摘 要】针对面板堆石坝面板的渗透系数对下游坝坡稳定性影响的问题，基于二维有限元法建立了相应的模型，运用Geo Studio岩土工程软件，模拟分析了在不同的面板渗透系数下浸润线的位置以及下游坝坡的稳定性，论证了防渗系统的有效性。
【关键词】面板坝；有限元；坝坡稳定；Geo Studio软件
0.引言
近年来，国内很多面板坝都出现了不同程度的挤压破坏现象，坝体坡面及面板脱空，并致使大坝渗透量产生突变。对大坝的安全带来了一定危害，引起了工程界高度重视。经过有关人士研究分析得出结论，面板坝出现挤压破坏、坝体坡面及面板脱空现象的最主要原因是坝体的变形。经过工程实践证明，修复面板坝的挤压破坏是可行的，但是很大程度提高了坝体的渗透量[1]。
鉴于此，本文基于二维有限元法研究分析面板堆石坝面板的渗透系数对下游坝坡稳定性影响。
1.工程概况
大坝稳定渗流，坝高23m，上游水位20m，下游水位5m。坝基厚10m，坝体渗透系数k2=2m/d，地基渗透系数k3=0.5m/d，面板渗透系数k1有五种工况0.01m/d、0.015m/d、0.02m/d、0.025m/d、0.03m/d。算得坝体稳定渗流场分布，从而分析面板渗透系数对下游坝坡稳定的影响。
2.有限单元法求解渗流场
有限单元法是用有限个单元的集合体代替连续的渗流场，选择简单的函数关系近似地表示单元上的水头分布，最后解得渗流结点处满足一定精度的水头值。
首先将渗流场划分成有限个小区域，这里常用三角形单元，这是因为三角形单元比较灵活能较好地适应渗流场复杂得边界形状和非均质图层分布，三角形剖分是任意的，根据渗流概念在渗流坡降变化大的部位，或在要详尽研究的部位单元划分密些，同一单元中渗透系数为常数，不同土层的分界线应作为单元的边。单元剖分好后按单元分别插值，差值方法普遍采用多项式插值，即用多项式表示单元的水头函数[2]。最常用的是线性多项式。如公式1。
3.工程应用
3.1 GeoStudio解决问题的基本流程
环境设置（工作空间的大小、坐标纸的定义）→创建有限元模型（创建或读入有限元模型）→属性定义（定义材料属性、渗透系数等）→网格划分（采用1m网格）→设置边界条件→分析求解→查看结果（查看分析结果、检查结果是否正确）。
3.2 创建有限元模型
根据已建立的模型，导入GeoStudio，并划分网格。
3.3 分析解算。得到各种工况下浸润线的直观图及数据。
（2）面板渗透系数为0.015m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.131051；浸没段坡降：0.36767。
（3）面板渗透系数为0.02m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.300365；浸没段坡降：0.36932。
（4）面板渗透系数为0.025m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.462150；浸没段坡降：0.37083。
（5）面板渗透系数为0.03m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.629426；浸没段坡降：0.37233。
4.下游坝坡稳定分析
出口坡降是校核下游坝坡稳定安全的重要指标。
对于上部渗出段J3J0，并且当计算点的纵坐标等于下游水位时J=□，当计算点的坐标等于渗出点坐标时J=J0（常数）[4]。
对于下部浸没段。
5.结论
通过计算分析可知，随着防渗面板渗透系数的增加，导致渗出点高度逐渐增加，下游坝坡渗出点坡降逐渐增大，下游坝坡越不稳定。因此，面板渗透系数越小，下游坝坡越稳定。
【参考文献】
[1]张文倬.土石坝体与地基接触面的渗透稳定问题[J].四川水力发电，1995，（4）.
[2]赵永宣.解放村水库副坝加固中的渗透稳定问题分析[J].甘肃水利水电技术，2003，（1）.
[3]付军.砂砾石面板堆石坝设计的技术分析[A].大坝技术及长效性能研究进展[C].2011.
[4]李湛.混凝土面板砂砾石坝渗透稳定的可靠性分析[D].新疆农业大学，2000.
【关键词】面板坝；有限元；坝坡稳定；Geo Studio软件
0.引言
近年来，国内很多面板坝都出现了不同程度的挤压破坏现象，坝体坡面及面板脱空，并致使大坝渗透量产生突变。对大坝的安全带来了一定危害，引起了工程界高度重视。经过有关人士研究分析得出结论，面板坝出现挤压破坏、坝体坡面及面板脱空现象的最主要原因是坝体的变形。经过工程实践证明，修复面板坝的挤压破坏是可行的，但是很大程度提高了坝体的渗透量[1]。
鉴于此，本文基于二维有限元法研究分析面板堆石坝面板的渗透系数对下游坝坡稳定性影响。
1.工程概况
大坝稳定渗流，坝高23m，上游水位20m，下游水位5m。坝基厚10m，坝体渗透系数k2=2m/d，地基渗透系数k3=0.5m/d，面板渗透系数k1有五种工况0.01m/d、0.015m/d、0.02m/d、0.025m/d、0.03m/d。算得坝体稳定渗流场分布，从而分析面板渗透系数对下游坝坡稳定的影响。
2.有限单元法求解渗流场
有限单元法是用有限个单元的集合体代替连续的渗流场，选择简单的函数关系近似地表示单元上的水头分布，最后解得渗流结点处满足一定精度的水头值。
首先将渗流场划分成有限个小区域，这里常用三角形单元，这是因为三角形单元比较灵活能较好地适应渗流场复杂得边界形状和非均质图层分布，三角形剖分是任意的，根据渗流概念在渗流坡降变化大的部位，或在要详尽研究的部位单元划分密些，同一单元中渗透系数为常数，不同土层的分界线应作为单元的边。单元剖分好后按单元分别插值，差值方法普遍采用多项式插值，即用多项式表示单元的水头函数[2]。最常用的是线性多项式。如公式1。
3.工程应用
3.1 GeoStudio解决问题的基本流程
环境设置（工作空间的大小、坐标纸的定义）→创建有限元模型（创建或读入有限元模型）→属性定义（定义材料属性、渗透系数等）→网格划分（采用1m网格）→设置边界条件→分析求解→查看结果（查看分析结果、检查结果是否正确）。
3.2 创建有限元模型
根据已建立的模型，导入GeoStudio，并划分网格。
3.3 分析解算。得到各种工况下浸润线的直观图及数据。
（2）面板渗透系数为0.015m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.131051；浸没段坡降：0.36767。
（3）面板渗透系数为0.02m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.300365；浸没段坡降：0.36932。
（4）面板渗透系数为0.025m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.462150；浸没段坡降：0.37083。
（5）面板渗透系数为0.03m/d的渗流分布，此工况下：渗出点h0为：16.629426；浸没段坡降：0.37233。
4.下游坝坡稳定分析
出口坡降是校核下游坝坡稳定安全的重要指标。
对于上部渗出段J3J0，并且当计算点的纵坐标等于下游水位时J=□，当计算点的坐标等于渗出点坐标时J=J0（常数）[4]。
对于下部浸没段。
5.结论
通过计算分析可知，随着防渗面板渗透系数的增加，导致渗出点高度逐渐增加，下游坝坡渗出点坡降逐渐增大，下游坝坡越不稳定。因此，面板渗透系数越小，下游坝坡越稳定。
【参考文献】
[1]张文倬.土石坝体与地基接触面的渗透稳定问题[J].四川水力发电，1995，（4）.
[2]赵永宣.解放村水库副坝加固中的渗透稳定问题分析[J].甘肃水利水电技术，2003，（1）.
[3]付军.砂砾石面板堆石坝设计的技术分析[A].大坝技术及长效性能研究进展[C].2011.
[4]李湛.混凝土面板砂砾石坝渗透稳定的可靠性分析[D].新疆农业大学，2000.