水位突變對土石壩滲流穩(wěn)定的影響分析.pdf

1、由于全球氣候變暖，多雨和干旱季節(jié)頻繁，持續(xù)時間長，隨著河道、水庫水位的驟升或驟降，形成一個較大的水頭差，水在土體中的滲流出現(xiàn)不穩(wěn)定性，引起滲透破壞，土石壩容易崩塌。每年，廣東地區(qū)的臺風和降雨很多，壩體滲流的不穩(wěn)定性在洪汛季節(jié)會造成不同程度的工程災難和事故。每年此類工程問題，使管理機構(gòu)疲于應付，并成為社會安全的主要問題。因此，建立相應的水位突變下土石壩的安全評估方法，是十分必要的。本文采用室內(nèi)非飽和土土水特征曲線測定實驗、非飽和土直剪實驗

2、和非飽和土滲透試驗對非飽和土的土體特征參數(shù)進行了測定。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴以非飽和土的土水特征曲線實驗為出發(fā)點，利用雙室非飽和土三軸儀測定非飽和土的土水特征曲線。利用非線性擬合可擬合出花崗巖坡積土的土水特征曲線，并得到兩個擬合參數(shù)ag和ng，為非飽和土的數(shù)值模擬提供條件；同時采用電鏡掃描對重塑后的花崗巖坡積土的微觀結(jié)果進行研究，分析出此類土體的持水能力較強。
　　 ⑵以非飽和土的直剪試驗為出發(fā)點，利用非飽和

3、土直剪儀，采用固結(jié)排水剪切的方法對非飽和土體的抗剪強度進行測定。整理數(shù)據(jù)得出非飽和土的強度參數(shù)c和bφ 。實驗結(jié)果表明：bφ值與有效摩擦角φ′值相近或者比φ′??；基質(zhì)吸力對非飽和土強度是有貢獻的。C和bφ對土石壩穩(wěn)定性分析有著很重要的作用。
　　 ⑶以非飽和土滲透試驗為出發(fā)點，測定非飽和土在各級基質(zhì)吸力作用下的滲透系數(shù)。試驗結(jié)果表明：Darcy 定律在非飽和土中同樣適用；隨著基質(zhì)吸力的增大，水體在土體中流動的繞曲度也越大，單位時

4、間內(nèi)透水量減小，滲透系數(shù)也變小。由于孔隙中有氣體的存在，非飽和土的滲透系數(shù)比飽和滲透系數(shù)要小很多。
　　 ⑷采用有限元軟件PlaxisV8的子模塊PlaxFlow進行非飽和土滲流有限元數(shù)值分析。采用PlaxFlow模擬了在水位突變的條件下，梅溪河堤圍的非飽和土區(qū)域中滲流場的變化情況，得出了由非穩(wěn)態(tài)滲流到穩(wěn)態(tài)滲流過程中浸潤線的變化過程以及達到穩(wěn)定所需要的時間。
　　 ⑸利用PlaxisV8對梅溪河堤圍的安全性進行分析。通過

5、對比分析考慮基質(zhì)吸力前后的堤圍在塑性點形成，壩址變形和安全系數(shù)上的差別，分析出考慮了基質(zhì)吸力作用后的堤圍，在水位較高，浸水時間較長的條件下才出現(xiàn)滑動面，而堤址處的位移有所減小，整個堤圍的安全系數(shù)得到提高；在不同位置變化水位線，可計算出不同位置處堤圍的安全系數(shù)，進而繪制出水位-安全系數(shù)的變化曲線圖，對分析梅溪河堤圍的穩(wěn)定性是有幫助的。
　　 ⑹在堤身處加入水泥土防滲墻。通過有限元分析結(jié)果表明：防滲墻能有效地減少堤圍的透水量和降低水