杜萬軍

摘 要：某工程在建設(shè)初期發(fā)現(xiàn)壩基處存在兩組裂隙，為研究樞紐裂隙滲流對(duì)壩基滲流場和壩體揚(yáng)壓力的影響，采用三維有限元軟件進(jìn)行建模計(jì)算。結(jié)論為：裂隙巖體滲流耦合作用下，裂隙通道的滲流量增大，裂隙水頭增加，壩基揚(yáng)壓力增大。

關(guān)鍵詞：裂隙；滲流；揚(yáng)壓力；耦合

引言

裂隙滲流和巖體受力之間存在一定的耦合特性[1]，尤其是對(duì)于大型水利樞紐來說，不能忽略裂隙巖體對(duì)整個(gè)樞紐區(qū)滲流場[2]和安全運(yùn)行的影響。本文以實(shí)際工程為例，對(duì)裂隙滲流[3-4]耦合特性進(jìn)行計(jì)算分析。

1 工程概況

某混凝土重力壩坐落在裂隙巖體基巖上，庫容1200萬m3，裝機(jī)5萬kW，年發(fā)電量2000萬kWh，壩基研究區(qū)域分布的基巖以灰?guī)r為主，有少量白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖及角礫灰?guī)r等，主要發(fā)育2組裂隙。

2 計(jì)算模型

有限元模型建模區(qū)域?yàn)椋簤位舷掠畏较蚬?00m，深250m，壩高130m，底寬100m，上游水位330m，下游水位為210m。這個(gè)范圍足以說明工程活動(dòng)對(duì)應(yīng)力場的影響，且不會(huì)限制應(yīng)力場的生成。裂隙基巖特征參數(shù)見表1，壩基及壩體材料的物理參數(shù)見表2。

3 計(jì)算結(jié)果分析

由于壩體為混凝土重力壩，只考慮壩基的滲流場變化來分析，滲流邊界條件為水頭：工況一：上游120m，下游0m；工況二：上游100m，下游0m，進(jìn)行計(jì)算。其余邊界為不透水，整體模型結(jié)構(gòu)受到重力荷載、水壓力和滲透壓力的作用。計(jì)算斷面取順河向大壩中部位置進(jìn)行結(jié)果分析。

從結(jié)果云圖可以看出：由于兩種工況作用水頭不同，工況一整體水頭比較高，裂隙中的水頭也比較高，最大水頭103.16m，最小水頭36.904m，計(jì)算得到下游滲流量為：耦合前79.83（m3/天），耦合后為101.09（m3/天）。工況二水頭較工況一低一些，裂隙中的水頭也比較低，最大水頭85.963m，最小水頭30.753m，計(jì)算得到下游滲流量為：耦合前66.53（m3/天），耦合后為83.98（m3/天）。

4 結(jié)束語

通過建立三維有限元模型進(jìn)行不同工況計(jì)算，可得出如下結(jié)論：

（1）上游水位越大，整個(gè)樞紐區(qū)滲流場水頭越高，裂隙水頭越高，下游滲流量越大。

（2）壩基裂隙耦合和非耦合計(jì)算結(jié)果表明，耦合計(jì)算后壩基揚(yáng)壓力比耦合前大，壩基滲流量增大，壩基滲流場等值線抬高，這樣對(duì)壩體和壩基的穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生不利影響。

（3）為保證壩體安全運(yùn)行，可以對(duì)兩組裂隙進(jìn)行灌漿處理。

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