土石壩飽和-非飽和滲流數(shù)值模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、滲流問(wèn)題是土壩、堤防等工程領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，滲流破壞幾乎貫穿于土石壩的各種病害成因之中。以前大部分滲流計(jì)算僅考慮飽和區(qū)而忽略非飽和區(qū)，實(shí)際上自由面以上的非飽和區(qū)域土壤水分運(yùn)動(dòng)在滲流計(jì)算中同樣起著重要作用。
　　 基于以上考慮，本文將飽和區(qū)和非飽和區(qū)統(tǒng)一起來(lái)，對(duì)土石壩的滲流進(jìn)行數(shù)值模擬。本文首先以總水頭為未知量，從質(zhì)量守恒原理出發(fā)，推導(dǎo)了二維飽和-非飽和滲流的控制方程。并且根據(jù)有限單元法的原理推導(dǎo)得出了基于Galerkin加權(quán)余

2、量法的飽和—非飽和滲流方程的有限元解。隨后，利用MATLAB軟件編寫了滲流計(jì)算程序。接下來(lái)，模擬計(jì)算了各種壩型的滲流場(chǎng)并總結(jié)各自的規(guī)律，模擬分析了各種影響因素對(duì)均質(zhì)壩滲流的影響；最后，將飽和-非飽和滲流理論與模型應(yīng)用于泔河水庫(kù)大壩，對(duì)大壩進(jìn)行滲流模擬計(jì)算。
　　 經(jīng)過(guò)計(jì)算與分析，得出以下一些結(jié)論：
　　 1、與均質(zhì)壩相比，設(shè)有水平排水的均質(zhì)壩和心墻壩存在一些優(yōu)勢(shì)，水平排水可以有效地控制和引導(dǎo)滲流，降低浸潤(rùn)線，加速孔隙水壓

3、力消散，從而對(duì)增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定有一定的作用。設(shè)置心墻后，浸潤(rùn)線在進(jìn)入心墻時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的彎曲，下游浸潤(rùn)線明顯降低，心墻的設(shè)置對(duì)下游壩坡的穩(wěn)定有一定的作用。
　　 2、在飽和—非飽和滲流模擬計(jì)算中，滲透系數(shù)的各向異性、水庫(kù)上游水位變化速度以及滲流系數(shù)大小都會(huì)對(duì)滲流產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)庫(kù)水位不變時(shí)，增大水平方向的滲透系數(shù)，會(huì)使浸潤(rùn)線有所抬高，負(fù)壓區(qū)逐漸減小；當(dāng)水庫(kù)上游水位變化時(shí)，如果加快上游水位變化速度，則壩體內(nèi)浸潤(rùn)線變化也相應(yīng)的加快，壩體