□寇建衛(wèi) 馬 超 楊雯惠

某均質(zhì)土壩，壩頂高程為852.0m，壩頂寬度為10m，最大壩高為66.0m。上游壩坡坡比為1∶2.75和1∶3， 下游壩坡坡比均為1∶2.7。正常工況下，上游正常蓄水位為848m，下游相應(yīng)水位為798m。該大壩的橫斷面圖見圖1。壩體內(nèi)設(shè)置水平褥墊排水。壩基巖體上部強(qiáng)風(fēng)化帶厚度為1.0～2.0m，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體透水率q=10～35Lu的中等透水層厚度為10.0m左右，下部巖體巖體透水率q＜3Lu，可視為相對(duì)隔水層。

1.有限元模型與計(jì)算參數(shù)

1.1 有限元模型

計(jì)算坐標(biāo)系規(guī)定如下：x軸為順河流方向，從上游指向下游為正；y軸為垂直方向，豎直向上為正；坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0）取在模型的左下方。如圖2所示。計(jì)算模型的范圍選?。涸摼|(zhì)壩最大壩高66m，在x方向，分別沿壩踵上游和壩址下游各取60m，約1倍壩高；在y方向，從壩底向下取80m，約1.2倍壩高。應(yīng)用巖土軟件GeoStudio軟件中的SEEP/W模塊采用三角形和四邊形單元相結(jié)合剖分形式進(jìn)行剖分。

1.2 計(jì)算參數(shù)

圖1 大壩橫剖面圖

在考慮非飽和土的穩(wěn)定、非穩(wěn)定滲流場(chǎng)計(jì)算時(shí)，將壩體料的體積含水量函數(shù)和滲透系數(shù)函數(shù)采用Van-Genuchten模型進(jìn)行擬合。見表1。

1.3 計(jì)算工況

研究庫水位分別以速度v=0.1m/d和v=1m/d，歷時(shí)分別為480d和 48d，從上游正常蓄水位848m下降到800m高程的穩(wěn)定和非穩(wěn)定滲流場(chǎng)。

2.庫水位下降對(duì)飽和與非飽和滲流數(shù)值分析

通過有限元計(jì)算，將飽和非穩(wěn)定滲流與非飽和非穩(wěn)定滲流計(jì)算得到的浸潤(rùn)線進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比分析可以看出：飽和滲流與考慮非飽和因素的滲流浸潤(rùn)線有明顯的區(qū)別，飽和滲流的浸潤(rùn)線靠近上游壩面處隨水位面同步下降，曲線呈下凹趨勢(shì)；考慮非飽和滲流的靠近上游壩面處浸潤(rùn)線也隨水位面同步下降，但是曲線呈上凸趨勢(shì)，且隨庫水位下降速度的增大，上凸趨勢(shì)越明顯。

工況一：庫水位下降速度v=0.1m/d時(shí)，歷時(shí)480d時(shí)，水位下降到800m高程。飽和滲流浸潤(rùn)線前端隨水庫水位同步下降，各時(shí)段浸潤(rùn)線隨時(shí)間均勻變化，480d時(shí)水位已經(jīng)趨于水平，隨時(shí)間繼續(xù)增加，直到580d時(shí)，浸潤(rùn)線基本沒有發(fā)生變化，一直處在480d的位置?？紤]非飽和影響時(shí)，隨時(shí)間增加，浸潤(rùn)線靠近壩體上端部位逐步與上游水位趨于平行，水位下降580d時(shí)與考慮飽和影響計(jì)算的480d浸潤(rùn)線也基本一致。

圖2 大壩有限元模型

表1 滲流計(jì)算所需參數(shù)表

工況二：庫水位下降速度v=1m/d時(shí)，歷時(shí)48d時(shí)，水位下降到800m高程。飽和滲流浸潤(rùn)線前端隨水庫水位同步下降，變化趨勢(shì)與v=0.1m/d時(shí)一樣，當(dāng)歷時(shí)48d時(shí)，水位已趨于水平，隨時(shí)間的繼續(xù)增加，直到580d時(shí)，浸潤(rùn)線與48d的基本沒有發(fā)生變化?？紤]非飽和影響時(shí)，0～11d左右，浸潤(rùn)線前端隨水庫水位同步幾乎下降，逐漸與水位平行，從16d左右往后，隨庫水位下降和時(shí)間的增加，浸潤(rùn)線前端向下彎曲的程度越來越明顯，浸潤(rùn)線最高點(diǎn)的下降速度也低于庫水位下降速度，出現(xiàn)了較為明顯的滯后現(xiàn)象。歷時(shí)48d時(shí)，庫水位下降到800m高程，而浸潤(rùn)線最高點(diǎn)高程庫水位30.2m。隨時(shí)間增加，浸潤(rùn)線最高點(diǎn)不斷下降，前端坡度越來越緩，到達(dá)580d時(shí)水位趨于水平。

飽和滲流的浸潤(rùn)線靠近上游壩面處隨水位面同步下降，曲線呈下凹趨勢(shì)；考慮非飽和滲流的靠近上游壩面處浸潤(rùn)線也隨水位面同步下降，但曲線呈上凸趨勢(shì)，且隨庫水位下降速度的增大，上凸趨勢(shì)越明顯。飽和滲流壩體浸潤(rùn)線隨庫水位一起下降，不會(huì)發(fā)生浸潤(rùn)線滯后現(xiàn)象。而對(duì)于飽和-非飽和滲流，則發(fā)生浸潤(rùn)線滯后現(xiàn)象。