壩基裂隙滲流耦合特性分析

杜萬軍

摘 要：某工程在建設初期發現壩基處存在兩組裂隙，為研究樞紐裂隙滲流對壩基滲流場和壩體揚壓力的影響，采用三維有限元軟件進行建模計算。結論為：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，壩基揚壓力增大。

關鍵詞：裂隙；滲流；揚壓力；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]，尤其是對于大型水利樞紐來說，不能忽略裂隙巖體對整個樞紐區滲流場[2]和安全運行的影響。本文以實際工程為例，對裂隙滲流[3-4]耦合特性進行計算分析。

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5萬kW，年發電量2000萬kWh，壩基研究區域分布的基巖以灰巖為主，有少量白云質灰巖、泥質灰巖、白云巖及角礫灰巖等，主要發育2組裂隙。

2 計算模型

有限元模型建模區域為：壩基上下游方向共500m，深250m，壩高130m，底寬100m，上游水位330m，下游水位為210m。這個范圍足以說明工程活動對應力場的影響，且不會限制應力場的生成。裂隙基巖特征參數見表1，壩基及壩體材料的物理參數見表2。

3 計算結果分析

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，進行計算。其余邊界為不透水，整體模型結構受到重力荷載、水壓力和滲透壓力的作用。計算斷面取順河向大壩中部位置進行結果分析。

從結果云圖可以看出：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 結束語

通過建立三維有限元模型進行不同工況計算，可得出如下結論：

（1）上游水位越大，整個樞紐區滲流場水頭越高，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算結果表明，耦合計算后壩基揚壓力比耦合前大，壩基滲流量增大，壩基滲流場等值線抬高，這樣對壩體和壩基的穩定會產生不利影響。

（3）為保證壩體安全運行，可以對兩組裂隙進行灌漿處理。

參考文獻

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