水位骤降下的土石坝安全性态研究与坝坡稳定性方法分析

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土石坝的渗流隐患影响着其稳定性,进而影响整个工程的安全性态与经济效益。为了研究水位骤降下的非稳定渗流中土石坝工程的安全性,模拟坝体渗流场及坝坡稳定性的响应情况,本文基于饱和-非饱和渗流理论,运用有限元分析法对不同工况下的渗流稳定进行数值模拟;并通过正交设计试验定量拟合坝坡稳定性与各因素的关系,进而可以对土石坝坝坡稳定性做出快捷评价。  具体内容如下:  (1)结合饱和-非饱和渗流理论及有限元分析理论,引入渗流基本方程,对水位骤降下的非稳定渗流进行分析,探求不同库水位降速、降幅、坝体材料的各向异性等对渗流场的影响规律,同时对坝体及防渗墙渗透系数选择的合理性做出评价。  (2)基于极限平衡法的基本原理,模拟计算稳定渗流及非稳定渗流的各种工况下上、下游坝坡的安全系数,并总结坝坡稳定性在不同库水位降落速度下的变化响应规律。  (3)基于正交设计试验和量纲分析原理,定量研究影响坝坡稳定性的各敏感因素:库水位下降幅度、坝坡坡率、坝体材料的粘聚力、坝体材料的内摩擦角等,综合拟合各因素与坝坡稳定性之间的函数关系。  结果表明:  (1)随着库水位骤降速度的增加和坝体渗透系数的减小,浸润线最高点位置增高,“逆流”现象越加明显,对上游坝坡稳定性越加不利;坝内渗流场的变化滞后于库水位的下降。  (2)上游库水位下降越快,坝坡安全系数达到最小值需要的时间越短;反之,所需时间越长;上游坝坡最危险状态一般发生在库水位骤降后一段时间;随着库水位的降落,上游坝坡安全系数先减小后有所回升,但与初始时刻相比,还是减小的。  (3)坝坡坡率、坝体材料的摩擦角和库水位降落幅度3个因素与坝坡的安全系数成线性关系,而坝体材料的粘聚力与安全系数成抛物线关系;利用综合函数关系,推求出安全水位降落幅度,可以快捷评价坝坡稳定性,以此作为类似水库运行管理的参照标准。
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