基于有限元的土坝渗流稳定性态分析研究
有限元法在土石坝渗流稳定分析中的运用
桂五水库大坝经数次加高培厚筑 分 析 。
Ｅ Ｍ中提取 的流 域河 网水 系 高精度 Ｄ Ｅ Ｍ前提下 ， 数字地表水 系和排 坦的区域 ，如果数据精度无法提供真 使得从 Ｄ Ｅ Ｍ 自动 提取 出 实存在的细微高程差别 ，就无法生成 和实际情况有些差别 。本文所取的最 涝分 区可 以通过基 于 Ｄ 合理的数字河 网。 为此 ， 选取较高精度 小水道长度 阀值略大于经验值 ，是由 来 ，但存在河道局部偏移及河 网失 真等 需要进行 局部修正 。在 Ｄ Ｅ Ｍ数 字 的 １： ５ ０ ０ ０ Ｄ Ｅ Ｍ 作为数据 源 ， 基本可 研究 区的特点所决定的 ，由于地势平 问题 ，
薮 科技推广与应用】 ｌ
有限元法在土石＝ ｌ ［ 贝 滢流稳定分析巾响运用
王
引 言
鑫 赵 才全 梁
军
一
、
水库 大坝渗流稳定 进行 计算分析 ， 为 成 ， 因当时施工工艺条 件差 等原因 ， 坝 身 和走 访有关人员 ，得知大坝渗流性态 现 状存 在以下 问题 ： （ １ ） 大坝坝 体 内埋 设 的测压 管 已堵
元法在土石坝渗流分析 中得到 了广泛 坝 干渠 输水 箱涵 ，断面 为 ２ ． ２ ５ ｍ× 可能性和产生渗流破坏 的可能 ，选择对
． ２ ５ ｍ（ 长 ×宽 ） 。 应用 ，此种方法可以计算非稳定渗流 ２ 和较 复杂 的渗流问题。本文拟采用有 限元软 件 （ Ａ ｕ ｔ ｏ Ｂ Ａ Ｎ Ｋ） 对淮 安市桂 五 三、 大坝渗流性态现状分析
一
四、 大坝渗流稳定计算
为了对桂 五水 库现状大坝渗流安全
２ ． ５ ，戗台内有清水 进行评价 ， 根据水位情况 ， 考虑其遭遇 的 定设备 ， 且费 时较长。近年来 ， 有限 上下坡 比均为 １： １ ／ ３ 坝高水位 、 正常蓄水位 、 设计水 位 、 水 位降落期水位下的大坝渗流稳定性进 行
运用有限单元法分析土石坝渗流控制
土 石 坝 的渗 漏 是 不 可 避 免 的 ，对 于 不 会 引起 土 体 发 生 渗
初始边界：ｈ ｏ ｈ ，） ｉ ＝ （ ｘ
渗流量及渗流水深计算 土 石 坝 渗 流 量 及 渗 流 水 深 采 用下 列 公 式 计 算 ： ① 不 透 水 地 基 均 质 土 坝
ｈ＝ ２ √ 月 一 Ｈ＋三十 上
／ ，一 ｈ －２ ／
在土石坝后任意挖土取土 ，这些都易造成坝基 的渗漏破坏 。
二 、土 石 坝 渗 流 稳 定 分 析 １ ．渗 流计 算理 论
＿ ｌｌ ． ｌｌ 。 ｌ ｌｌ
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≯ｔ ｌ
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一 Ｉ －ｌ 。ｌ 一 ｌ
图 １ 渗 流 计 算 断 面 网 格 图
２ 临界 水 力 比 降 ．
的渗透 系数时 ，会增 加坝厚位 势，不能显著 降低逸 出梯度 。
（ ）已填 筑 的 坝 身 防 渗 ，可 用劈 裂灌 浆 、多 头 小 直 径 深 ７
临界 水 力 比降 的确 定 ，根 据 水 工 设 计手 册 确 定 临界 水 力 比 降 的 理论 ， 合 本 工程 ， 以采 用流 土计 算 方 法确 定 。 结 所 下 面 采 用 两种 公 式进 行 计 算 。
（ ）太 沙基 公 式 １
１ ，
＝
层搅拌桩 、板桩 灌注墙 或高喷形成 防渗体 。
上坡逸 出。
本 次 渗 流 计 算 程序 选 用 北 京 理 正 软 件 设 计 研 究 院 编 制 的
广东某水库土坝渗流问题的有限元分析
广东某水库土坝渗流问题的有限元分析摘要：采用有限元法对某水库土坝渗流进行分析，并将计算浸润线与实测浸润线进行比较，找出该土坝渗流安全隐患，为土坝下一步安全加固提供科学依据。
计算结果表明：浸润线位置较高，在校核洪水位下已接近坡面，渗流可能出逸。
关键词：土坝；渗流；有限元；浸润线1.基本概况广东某水库位于江门市新会区，属潭江水系，水库集雨面积11.2km2，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电和供水综合效益的中型水库。
枢纽建筑物由大坝、溢洪道、输水涵管等组成。
大坝为均质土坝，建于1959年，经多次加固后现大坝最大坝高21m，坝顶长333m，坝顶高程32.35m，防浪墙顶高程32.50m。
大坝上游坡坡比自上而下分别为1:2.50、1:2.75、1:1.30；下游坡坡比自上而下分别为1:2.5、1:3.0。
坝脚反滤体为棱体排水。
根据水库最新洪水复核计算，水库1000年一遇校核洪水位为30.14m，50年一遇设计洪水位为29.15m。
该水库建于大跃进时代，施工时并未完全按设计施工，且清基粗略，土料压实不够，造成坝体疏松，密实度差，透水性较强。
后虽经多次加固，但大坝仍存在渗流方面的安全隐患，因此，需对大坝进行渗流计算分析，找出问题所在，为土坝下一步安全加固提供科学依据。
2.土坝渗流计算分析2.1 土坝的计算断面和土料的渗流特性选择大坝中间断面（最大坝高）进行计算分析。
计算断面外表尺寸以实测坝体断面为计算依据，计算断面组成材料的渗流特性由工程地质报告和原设计资料确定，如图1所示。
图1大坝断面图根据大坝坝体现场注水试验及大坝剖面土层的渗透系数，把土坝计算断面划分为9个不同的土性区域，如下图2所示。
①坝脚反滤棱体，渗透系数取5000m/d；②大坝轴线部分，10~15m以下填土较密实，成份主要为中砂，渗透系数为3.7×10-4cm/s；③坝基部分，粉土，渗透系数为3.7×10-4cm/s；④坝基以下，冲洪积土，渗透系数为2.54×10-4cm/s；⑤坝基以下，粗砂层，渗透系数为1.16×10-2cm/s；⑥坝基以下，残积土，渗透系数为2.45×10-4cm/s；⑦大坝坝前坡，渗透系数为1.72×10-3cm/s；⑧大坝坝后坡，渗透系数为2.10×10-3cm/s⑨大坝坝顶10~15m以上填土松散，渗透性强，渗透系数为2.82×10-3cm/s；图2大坝计算断面土性划分2.2 计算工况根据《碾压式土石坝设计规范SL274-2001》规定要求，结合水库运行中可能出现的不利情况，拟定5种工况进行渗透计算分析。
基于有限元方法的不良地质条件下碾压土石坝渗流及边坡稳定性分析
基于有限元方法的不良地质条件下碾压土石坝渗流及边坡稳定
性分析
曾鹏
【期刊名称】《大坝与安全》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】碾压土石坝是我国中小型水利工程最常用的坝型之一,早年建设的碾压土石坝因设备和技术限制,如今常存在渗漏、设备老旧等问题。
以马屋山水库土石坝
除险加固工程为例,对该土石坝劈裂灌浆后的坝体渗流和边坡稳定进行有限元建模
分析,结果表明:正常运用条件下,坝体浸润线位置变化不大,等水头线分布均匀,渗透
坡降远小于允许值,整体较安全;水位骤降条件下,上游坝坡存在出逸点,混凝土面板护坡起到保护作用;坝体在多种运行工况下均能满足滑动安全要求,不会发生滑坡危险。
【总页数】5页(P42-46)
【作者】曾鹏
【作者单位】韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV223.4
【相关文献】
1.降雨条件下某排土边坡的渗流场及稳定性时变分析
2.基于非饱和土有限元强度折减法的降雨入渗条件下高边坡施工稳定性分析
3.降雨条件下气泡轻质土边坡渗流
及稳定性分析4.不良地质条件下的土石坝渗流稳定性分析5.考虑渗流-应力耦合的不同降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析
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基于comsol multiphysics的土石坝边坡渗流稳定数值研究
信息化
水利 ｉｓｓｎ １００８￣１３０５ ２０２０ ０３ ０２０
基于 ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ 的土石坝边坡
渗流稳定数值研究
李 辉１ ꎬ 陈大雷２ ꎬ 贾 璐１
(１ 淮安市水利工程建设管理服务中心ꎬ 江苏 淮安 ２２３００１ꎻ ２ 江苏淮源工程建设监理有限公司ꎬ 江苏 淮安 ２２３００９)
１０
—
４０００
—
—
于正常蓄水位的边界设置为混合边界条件ꎮ
０ ２８
７５０
１０
１０
—
备注
４０００
表 ２ 坝体物理参数
干密度
含水量
湿密度
饱和密度
坝体土料
１ ６６
１７ ４
１ ９５
２ ０５
—
—
２ ２９
２ ２９
坝基砾岩
排水棱体
—
—
—
—
２ ４６
２ １０
两侧及坝基底部设置为第二类边界条件ꎮ 在下游低
土石坝由于其结构适用性强、 经济性好等原因
被广泛应用ꎬ 同时由于其结构主体因素导致渗流破
２ 模型建立
坏一直是土石坝面临的问题ꎬ 引起相关领域专家的
ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ 软件是瑞典 ＣＯＭＳＯＬ 公
关注 [１￣３] ꎮ 数值研究在渗流问题方面一直是研究的
[４]
提出有限单元法应用渗流计算ꎬ
信息化
２０２０ 年第 ３ 期
水利技术监督
数ꎬ 见表 １ꎮ 利用 ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ 软件中的解
同ꎬ 最小单元质量为 ０ ４５ꎬ 平均单元质量为 ０ ９２ꎬ
线和相对渗透曲线的关系曲线ꎬ 分别如图 １—２ 所
土石坝渗透及稳定性分析探讨
土石坝渗透及稳定性分析探讨摘要:渗流问题是土石坝安全的关键,渗流控制是土石坝建设的重中之重。
在渗流控制措施上,随着渗流控制理论的发展,由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合。
本文从土石坝渗漏问题、防渗措施、有限元渗流场计算的基本数学模型三个方面进行介绍。
关键词:土石坝渗透稳定性随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施,众多高土石坝的建设被提上了日程,特别在深厚覆盖层河谷,地质条件差,地震烈度高,多数坝高较大(尤其200m以上)的大坝选择或拟选择建土石坝。
渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,直接关系到工程的安全和投资。
土石坝施工简便,地质条件要求低,造价便宜,并可就地取材且料源丰富,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。
土石坝坝体用散粒材料填筑,挡水后上下游的水头差引起了水流渗过坝体、坝基及两岸坡向下游排出。
由于勘测设计缺陷、施工不良、管理运行不当以及渗流、地震等,都会使土石坝体及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。
在土石坝中,坝体和坝基的渗漏较为频繁,许多中、小型病库,就是因为坝身、坝基等产生渗漏造成险情。
一、土石坝渗漏问题(一)坝基渗漏。
坝基渗漏主要有以下两种渗漏方式:一是铺盖裂缝产生的渗漏。
铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严,达不到所要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层,水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土,破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。
二是心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏。
截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。
在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效,导致接触冲刷,坝体和基础土料被带走,就会造成坝体严重破坏。
(二)坝身渗漏。
土石坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道,导致管涌的发生,甚至引起坝体的失事破坏。
具体地讲有以下几种情况:一是心、斜墙裂缝漏水。
稳定渗流的有限元计算新方法
稳定渗流的有限元计算新方法
稳定渗流的有限元计算是地下水模拟中的重要问题之一。
传统的有限元计算方法在处理稳定渗流问题时往往存在数值不稳定性和精
度低下的问题。
为了解决这些问题，研究者们提出了一些新的有限元计算方法。
其中，基于稳定的低阶元素的有限元计算方法是目前广泛采用的一种方法。
该方法采用具有稳定性的低阶元素，如Mini元素、bubble 元素和Gauss点元素等，将数值稳定性和精度提高到了一个新的水平。
此外，该方法还通过使用增量式计算、时间步长控制和网格自适应等技术来进一步提高计算效率和精度。
另外，基于混合元素和间隙稳定化的有限元计算方法也是一种有效的稳定渗流计算方法。
该方法利用混合元素来处理渗流方程中的压力项和速度项，并通过间隙稳定化技术来控制数值不稳定性。
该方法不仅能够提高计算效率和精度，还能够处理非线性和非均质渗透性问题。
总之，稳定渗流的有限元计算是一个具有挑战性的问题，但随着新的计算方法的不断出现和发展，我们相信这个问题将会得到更好的解决。
- 1 -。
土石坝渗流计算中的有限元应用研究
ＨＵＡ ｎ ＹＡＮＧ ａ ｓ ｕ Ｊ ｇ， ｉ Ｈｕ — ｈ
（．ｃｏｌｆＥ ｇｎｅｉ ， ｎｈ ｎｖｒ Ｍｅｇｉ １０ ０ Ｃ ｉ ； ．ｏｌ ｅ ｆ ｏ ｅ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｕ ｍｎ ｎｖｒｉ ｃ ｎｅ １ ｈ ｏ ｏ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｈｏｇ ｅＵ ｉ ｓ Ｓ ｅ ｎ ｅ ｎｚ ６ ０ ０， ｈｎ ２Ｃ ｌｇ Ｐ ｗ ｒ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｋ ｎ ｉ Ｕ ｉ ｓｙｏ ｉ ｃ ， ａ ｅ ｏ ｅ ｎ ｇ ｅ ｔ ｆＳ ｅ
方 法 对 地 层 情 况 的 适 应 性 差 ， 过 多 的 地 层 概
化又 往 往 影 响计算 精 度 ， 因此 其应 用 受 到很
多 限制 。
渗 流 场 的模 型 试 验方 法 主 要有 砂 槽模 型 方法 和 电模 拟 方法 两 种 类 型 。 电模 拟 方 法又
收稿 日期 ：２ １－ －７ ０２０ ０ ２
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第 １ １ 卷第 ５ 期 ２ ０ １ ３ 年 １ ０月
水利 与建筑 工程 学报
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基 于 有 限 元 的 土 坝 渗 流 稳 定 性 态 分 析 研 究
邬志香 ， 曹睿哲２ ， 马永法。
（ １ ． 仪征市水务局 ， 江苏 仪征 ２ １ １ ４ ０ ０ ； ２ ． 扬州大学 广陵学院 ， 江苏 扬州 ２ ２ ５ ０ ０ ９ ；
３ ． 扬 州 大 学 水 利科 学 与 工程 学 院 ， 江苏 扬 州 ２ ２ ５ ０ ０ ９ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｄ ａ ｍ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｅ ｖ ｌｕ ａ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｄ ｍ ａ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｙｕ ｅ ｔ ａ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｄ ｍ ａ ｆ ｏ ｒ ｅ ｘ ｍ ｐ ａ ｌ ｅ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ — ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍ’ Ｓ ｓ ｅ ｅ ｐ ｇｅ ａ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｉ ｓ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｆ ｎ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈｅ ｄ ａ ｍ’ Ｓ ｓ ｅ ｅ ｐ ｇｅ ａ ｐ ｏｂ ｒ ｌ ｅ ｍｓ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｓ ｌ ｏ ｐ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｍ ａ ｉ ｓ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｔ ｈ ｎ ａ ｔ ｈ ｅ ｌｌ ａ ｏ ｗａ ｂ ｌ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ．Ｔ ｈｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
摘
要： 大坝运行 中， 各种条件均有可能发生 变化 ， 为能对土 坝工程渗 流性 态进行 安全评价 ， 以月塘 水
库大坝为例 ， 运用平面有限元软件分析大坝各工况 下的渗流性 态 ， 计算 得到大坝 的渗流场 ， 现状 坝体 水 力坡降明显偏大 ， 存在渗流安全问题 ， 为此提出防渗加固措施 ， 并分析加固后大坝的渗流性态 ， 分 析结果 表明 ， 采用水泥搅拌桩垂直防渗墙对 大坝进行加 固后 ， 大坝渗 流性态 明显改善 ， 可保证 大坝在各工 况下 渗流稳定 。有限元方法能够直观有效地反映土坝渗流性态 ， 为大坝的安全评价提供依据 。 关键词 ：土坝 ； 渗流 ； 有 限元 ； 渗透坡 降