王圪堵水利枢纽左坝肩绕坝渗流控制三维有限元分析

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王圪堵水利枢纽工程是无定河中游的一项水沙控制工程,位于黄河一级支流无定河中游段,工程以供水、灌溉为主,兼有防洪、减淤、发电和生态等综合开发效益。工程规模为大(2)型水利工程。本文针对王圪堵水库在工程建设期和试蓄水运行期间左坝肩下游坡脚出现的翻砂冒水现象,结合水位观测及地质勘探调查成果,运用三维有限元法对左坝肩土层渗透参数进行了反演分析,在此基础上进行了翻砂冒水的成因分析、左坝肩的渗流预测分析和左坝肩土层渗透系数变化的风险分析,以及左坝肩渗流控制设计方案的可靠性分析,为左坝肩渗流控制设计提供了重要依据。本文的主要研究成果如下:(1)结合地下水位实测资料及地质勘探调查成果,运用三维有限元法,进行相应工况的渗流反演分析,按与实测资料基本一致原则,反演确定左坝肩土层渗透参数。(2)左岸坝后(包括翻砂冒水区)的渗流出水主要来源于左坝肩绕渗,来源于坝体及坝基的渗流相对较小。研究表明翻砂冒水区⑤层粉细砂发生流土破坏,是现状该区域发生翻砂冒水现象的主要原因。(3)在库水位1036m和正常蓄水位1046m工况下,左岸坝段的坝体和坝基均满足渗透稳定要求;随着库水位升高,左坝肩绕渗流量将明显增加。(4)在正常蓄水位1046m工况下,左岸坝段坝体均满足渗透稳定要求,坝基也基本满足渗透稳定要求;随着⑤层渗透系数的逐步增大,翻砂冒水区渗流量和左岸坝后总绕渗流量均逐步增大。(5)通过针对左坝肩渗流控制设计方案的三维有限元渗流计算分析,结果表明,该方案控制左坝肩绕坝渗流效果明显,能使左坝肩基本满足渗透稳定要求。本文的研究成果可为王圪堵水库绕坝渗流加固方案设计提供理论依据,本文的研究方法可为类似工程实施渗流控制分析提供重要参考,对高土石坝工程建设具有一定的科学意义和实践价值。
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