堤防和土石坝工程最大的问题就是容易发生渗透破坏和滑坡险情,渗流分析计算既是堤坝渗透安全性评价的依据,也是边坡稳定性计算分析的基础。目前多数渗流计算仅考虑饱和区域地下水流运动情况,实际上自由面以上的非饱和区域也存在土壤水分运动。因此,把饱和与非饱和土作为一个整体来研究渗流问题是很有必要的。本文所研究的沙湾水电站尾水渠具备了集中电站将近一半水头的功能,且尾水渠的长度之长、设计流量之大、工程造价之高,在国内尚属首例。那么,尾水渠渠堤在渗流作用下稳定与否就成为了工程成败的关键。鉴于此,本文首先进行现场调查和资料收集,对沙湾水电站尾水渠的工程地质环境条件进行评价,再对尾水渠渠堤渗流场的特征进行分析,然后进行渠堤稳定性分析与评价,最后,提出适当的优化建议和施工注意事项。本文的主要内容和研究成果如下:(1)对沙湾水电站的地形地貌、地层岩性、地质构造、地震、气象、水文地质等地质背景条件进行了分析,阐明了沙湾水电站尾水渠的工程地质环境。(2)依据尾水渠渠堤通过地段的地质结构、地形地貌和地层岩性对渠堤进行工程地质分段,为后面有针对性的分析研究渠堤渗流场特征及稳定性奠定了基础。(3)介绍了饱和-非饱和渗流计算基本理论。阐述了土-水特征曲线和渗透性函数的重要意义,并介绍了它们的确定方法。利用有限元仿真软件(Geo-Studio)建立计算模型,根据试验所得的相关参数,建立渗流场二维有限元计算模型,进行数值模拟计算,分析不同工况条件下尾水渠渠堤渗流场的变化规律。阐述了水头、边坡坡比、混凝土防渗墙厚度、防渗墙饱和渗透系数对尾水渠渠堤渗流场的影响规律。(4)利用施工期布置的测压管对尾水渠渠堤局部地段进行了地下水位监测,研究了过水前后的地下水位变化规律,并对数值模拟结果与监测结果进行了比较分析。总的来看,数值模拟结果与监测结果吻合较好,模拟结果基本反映了渠堤内部的渗流场特征。(5)阐述了非饱和土边坡稳定性分析的基本理论。在渗流场计算的基础上,进行了尾水渠渠堤稳定性分析,得出了不同工况下尾水渠渠堤的稳定性系数,并对稳定性作出评价。同时,揭示了水头、边坡坡比、防渗墙饱和渗透系数对尾水渠渠堤稳定性的影响程度。(6)对尾水渠渠堤提出适当的优化建议,并提出了一些施工注意事项。研究证明,其成果对于同类水电站尾水渠的分析及设计具有一定的指导和借鉴意义。