胶凝砂砾石坝渗流控制措施及坝坡优化研究

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胶凝砂砾石坝是介于重力坝与面板堆石坝之间的一种新坝型。筑坝技术和材料选择符合当下的绿色、环保、节约理念。当前,我国胶凝砂砾石坝工程主要用于围堰工程和中低坝工程。国外已经有数座永久性百米级胶凝砂砾石坝安全运行。基于我国高坝建设的趋势,百米级胶凝砂砾石坝也可作为坝型比选之一。关于胶凝砂砾石高坝的研究还处于逐步完善阶段。坝体的渗流稳定与断面型式既影响着工程能否安全运行,也关乎经济成本问题。因此,本文对胶凝砂砾石坝的渗流控制措施和坝坡优化进行了系统研究。主要研究内容及成果如下:(1)对国内外的胶凝砂砾石坝工程和该新型坝的渗流控制基本措施的类型进行了统计。对常见的等坡比断面和上陡下缓断面,分别研究了保护层和排水孔对坝体渗流场的影响。结果表明:保护层能够对坝体阻挡一部分渗水,削弱水头,降低坝基压力水头。与上游面板平行的倾斜排水孔,能够尽快将渗水排出,确保坝体内部渗流稳定。(2)以断面面积大小和逸出点高程为目标函数,应用响应面模型和遗传算法对建在基岩上坝高110m的胶凝砂砾石坝进行坝坡坡比的优化分析。得到最优坝坡为上游坡比1:0.414,下游坡比1:0.790,坝体的最优断面呈上陡下缓型式。(3)基于最优坝坡,建立模型对大坝进行渗流分析。结果表明,上游防渗面板在蓄水初期对坝体的渗漏有着重要的影响,至少能够阻挡50%的渗水量。非饱和非稳定渗流条件下,无论上游面板是否失效,坝体的浸润线都滞后于库水位的下降。即使水位已经降低到库底,但是坝体内部的浸润线长时间内难以降低,坝体内的渗水依旧存在。因此需要布置合理的排水设施。此外,计算中若仅分析饱和渗流,那么结果需要考虑一定的安全裕度。防渗帷幕、与面板平行的排水孔(孔距2m)(或下游坝趾布置褥垫排水)、防渗面板、坝基排水孔组成的联合渗流控制措施对坝体渗流稳定起着重要作用。
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