原有芬

（桓仁滿族自治縣水庫移民開發(fā)局，遼寧本溪117200）

1 項目概況

擬建中的雙龍水電站位于遼寧省寬甸滿族自治縣太平哨鎮(zhèn)二龍渡村境內(nèi)，在已建成的高龍泡水電站下游，為典型的河床式水電站。水電站大壩為斜心墻土石壩，壩頂高程為160.0 m，最大壩高56.0 m。大壩按照百年一遇洪水設(shè)計，千年一遇洪水校核，正常蓄水位157.50 m，校核水位為158.50 m，汛期限制水位為152.0 m。大壩壩基上游砂石料和砂質(zhì)粘土覆蓋層，靠近河床部位的覆蓋層均為厚度較大的砂礫石，最大厚度可以達到14.0 m，平均厚度為7.3 m。壩基采取壤土齒槽防滲。

2 有限元模型的構(gòu)建

2.1 計算程序

Geo-Studio軟件是一款面向工程設(shè)計領(lǐng)域的仿真分析軟件，是美國GEO-SLOPE公司開發(fā)知名的工程分析軟件[1]。該軟件主要由應(yīng)力變形分析模塊(Sigma/w)、地下水滲流分析模塊（Seep/w）和邊坡穩(wěn)定分析模塊(Slope/w)等諸多限元分析子模塊構(gòu)成[2]。其中，Seep/w模塊的主要功能是對非飽和和不均勻飽和條件下的孔隙水壓力和水運動情況進行分析，進而通過滲流有限元計算進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析；Slope/w是軟件中的邊坡穩(wěn)定性分析模塊，其主要特征是可同時采用八種方法對各種邊坡穩(wěn)定性問題展開分析。同時，這些子模塊具有高度兼容性，可以在同一操作界面運行，以便用戶可以同時對水利工程問題如滲流、穩(wěn)定、應(yīng)力變形等進行方便、準確的數(shù)值模擬分析。

Seep/w主要應(yīng)用于二維有限元滲流計算分析，既可用于穩(wěn)定滲流狀態(tài)的數(shù)值模擬計算，亦可用于非穩(wěn)定狀態(tài)的數(shù)值模擬計算[3]。程序本身的計算分析以非飽和土力學(xué)理論為基礎(chǔ)，同時給出了黏土、粉土、砂等不同性質(zhì)材料的非飽和滲透系數(shù)和孔隙水壓力之間的關(guān)系曲線，以此為基礎(chǔ)結(jié)合土力學(xué)試驗和工程經(jīng)驗進行適當(dāng)修正，即可達到滲流計算的基本要求。Seep/w程序可以考慮復(fù)雜的邊界條件和初始條件，能夠?qū)Ρ┯耆霛B、庫水位變化等水利工程運行過程中常見的實際滲流情況進行很好的模擬[4]。

2.2 構(gòu)建滲流分析模型

2.2.1 計算斷面

依據(jù)雙龍水電站的前期地質(zhì)勘測結(jié)果和項目的設(shè)計資料，選取大壩的0+150，0+210，0+3 00斷面，利用GEO-SLOPE軟件中的Seep/w模塊進行滲流分析模型的建模，對雙龍水電站斜心墻土石壩的下游浸潤線展開模擬分析。

2.2.2 計算工況

結(jié)合滲流計算的實際需求，在研究中設(shè)計了4種計算工況，水位分別為：當(dāng)前水位、汛限水位、設(shè)計水位和校核水位。各計算工況的上游水位和下游水位如表1所示。

2.2.3 計算參數(shù)

確定壩體各部分材料的滲流參數(shù)是進行土石壩滲流分析的先決條件，同時也會直接影響滲流計算結(jié)果的準確性[6]。因此，在建模計算之前，首先以前期工程地質(zhì)報告為依據(jù)確定如表2所示的相關(guān)計算參數(shù)。

表1 滲流計算工況設(shè)計

表2 滲流計算參數(shù)cm/s

2.2.4 模型的構(gòu)建

Geo-Studio軟件中的Seep/w模塊有穩(wěn)流態(tài)和非穩(wěn)流態(tài)2種分析模型，研究選用穩(wěn)定滲流分析[7]。在啟動模塊之后對工作區(qū)域的空間尺寸進行設(shè)置，設(shè)定畫面比例為1 000。在Axes中設(shè)置坐標軸，其中X軸方向為距離，最大值為530 m；Y軸方向為高程，最大值為180 m。由于研究的壩體材料均為飽和，滲透系數(shù)設(shè)為恒定值，具體數(shù)值如表2所示。在draw菜單中進行有限區(qū)域設(shè)置，并進行網(wǎng)格劃分[8]。模型的邊界條件為總流量、壓力水頭和總水頭，并對4種設(shè)計工況的邊界條件進行設(shè)置。按照上述步驟建立的大壩滲流分析模型。

3 滲流計算結(jié)果分析

利用已構(gòu)建的有限元滲流分析模型，對雙龍水電站斜心墻土石壩3個典型斷面的單寬滲流量進行計算，結(jié)果如表3所示。由計算結(jié)果可以看出，3個計算斷面的單寬流量均隨著庫水位的升高而增加，但是增加幅度較小。

利用軟件對各斷面在不同工況下的浸潤線位置和等勢線分布進行計算。結(jié)果顯示：在3個計算斷面中，隨著庫水位的升高，大壩斜心墻內(nèi)的浸潤線呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢，由于斜心墻起到了較好的防滲作用，大壩的下游壩體內(nèi)的浸潤線并沒有受到庫水位的顯著影響。其中，0+300斷面在當(dāng)前水位條件下，下游壩體內(nèi)的浸潤線較高，究其原因主要是壩肩的繞滲作用，導(dǎo)致實際浸潤線較高。此外，在3個計算斷面中，水力比降較大的區(qū)域主要分布在齒槽防滲位置，最大水力比降約為4.5，這一數(shù)值小于斜心墻設(shè)計比降5.0，壩體內(nèi)的水力最大比降約為0.07，小于設(shè)計比降值0.1。計算結(jié)果顯示，土石壩的壩體浸潤線位置較低，不易發(fā)生滲透破壞，說明心墻可以起到良好的防滲作用，有利于壩體的穩(wěn)定，達到了防滲設(shè)計要求。

表3 大壩滲流計算結(jié)果