留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响

常利营 叶发明 陈群

常利营,叶发明,陈群. 砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响[J]. 水利水运工程学报,2021(4):61-67. doi:  10.12170/20200826002
引用本文: 常利营,叶发明,陈群. 砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响[J]. 水利水运工程学报,2021(4):61-67. doi:  10.12170/20200826002
(CHANG Liying, YE Faming, CHEN Qun. Influence of coarse-grained content in the gravelly soil on steady seepage of high earth-rock dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(4): 61-67. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200826002
Citation: (CHANG Liying, YE Faming, CHEN Qun. Influence of coarse-grained content in the gravelly soil on steady seepage of high earth-rock dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(4): 61-67. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200826002

砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响

doi: 10.12170/20200826002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41977239)
详细信息
    作者简介:

    常利营(1986—),女,河南巩义人,讲师,博士,主要从事土体渗流及变形研究。E-mail:togive@126.com

  • 中图分类号: TU641.1

Influence of coarse-grained content in the gravelly soil on steady seepage of high earth-rock dam

  • 摘要: 高心墙堆石坝心墙防渗料多采用砾石土,当砾石土的粗粒含量(指质量分数,下同)超过50%时,渗透系数很可能超过规范要求,不利于坝体渗透稳定。通过对粗粒含量超标单元赋予不同的渗透系数,采用三维有限元法分析了心墙局部砾石土粗粒含量超标时对坝体渗流的影响。结果表明:心墙局部砾石土粗粒含量超标对坝体的渗流场分布和单宽渗流量影响都较小,对心墙内渗透坡降影响较大,最大渗透坡降都出现在未超标单元处。对于超标区域在中下部的情况,当超标单元粗粒含量小于55%时,渗透坡降最大增幅为36.4%;超标单元粗粒含量大于55%时,最大渗透坡降显著增大,且会超过允许坡降,不利于坝体渗透稳定。因此,在实际工程中应结合砾石土料的级配和细粒含量情况,做好下游反滤层的设计,并严格控制砾石土的施工压实度,以保证坝体安全。
  • 图  1  渗透坡降和渗流量对网格尺寸的依赖性

    Figure  1.  Dependence of seepage gradient and seepage discharge on the mesh size

    图  2  坝体材料土-水特征曲线

    Figure  2.  Soil-water characteristic curves of dam materials

    图  3  心墙下部粗粒含量超标20%时孔压分布

    Figure  3.  Distribution of pore pressures in the cores having an over-standard rate of 20% at the power part

    图  4  心墙下部粗粒含量超标时渗流出逸高程和单宽渗流量的变化

    Figure  4.  Changes in the seepage exit elevation and the seepage discharge per unit width for the cases having a coarse-grained content larger than 50% in the lower part

    图  5  心墙不同区域粗粒含量超标时最大渗透坡降

    Figure  5.  Changes in the maximum seepage gradient in the cores having a coarse-grained content larger than 50%

    图  6  心墙不同区域粗粒含量超标时心墙内未超标单元渗透坡降变幅(虚线为增幅,实线为减幅)

    Figure  6.  Changes in the maximum gradient range in the elements having a coarse-grained content equal to 50%

    图  7  心墙不同区域粗粒含量超标时心墙内超标单元渗透坡降变幅(虚线为增幅,实线为减幅)

    Figure  7.  Changes in the maximum gradient range in the elements having a coarse-grained content larger than 50%

    图  8  心墙不同区域粗粒含量超标时单元渗透坡降超过允许坡降体积百分比

    Figure  8.  Changes in the volume percentage over allowable seepage gradient in the cores having a coarse-grained content larger than 50%

    表  1  坝体材料计算参数

    Table  1.   Calculation parameters of dam materials

    材料
    名称
    孔隙率渗透系数/
    (cm∙s−1)
    破坏渗透
    坡降
    允许渗透
    坡降
    心墙(P5=50%) 0.26 1.00×10−5 7.00 3.50
    心墙(P5=55%) 0.26 2.24×10−5 6.38 3.19
    心墙(P5=60%) 0.26 5.00×10−5 5.75 2.88
    心墙(P5=65%) 0.26 1.12×10−4 5.13 2.56
    心墙(P5=70%) 0.26 2.50×10−4 4.50 2.25
    反滤 0.22 3.00×10−3
    过渡 0.21 3.00×10−2
    堆石 0.20 3.00×10−1
    下载: 导出CSV
  • [1] 朱建华, 游凡, 杨凯虹. 宽级配砾石土坝料的防渗性及反滤[J]. 岩土工程学报,1993,15(6):18-27. (ZHU Jianhua, YOU Fan, YANG Kaihong. Permeability, erosion resistance and filters of broadly graded gravelly soil for embankment dam construction[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 1993, 15(6): 18-27. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-4548.1993.06.003
    [2] 陈志波, 朱俊高, 王强. 宽级配砾质土压实特性试验研究[J]. 岩土工程学报,2008,30(3):446-449. (CHEN Zhibo, ZHU Jungao, WANG Qiang. Compaction property of wide grading gravelly soil[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30(3): 446-449. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-4548.2008.03.024
    [3] 中华人民共和国水利部. 碾压式土石坝设计规范: SL 274—2001[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2001.

    Ministry of Water Resources of the People's Republic of China. Design code for rolled earth-rock fill dams: SL 274—2001[S]. Beijing: China Water Resources and Hydropower Press, 2001. (in Chinese)
    [4] 保华富, 谢正明, 庞桂, 等. 长河坝水电站大坝砾石土心墙填筑质量控制[J]. 云南水力发电,2015,31(5):20-25. (BAO Huafu, XIE Zhengming, PANG Gui, et al. Study on the filling quality control of the dam gravel soil core wall of Changheba Hydropower station[J]. Yunnan Water Power, 2015, 31(5): 20-25. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1006-3951.2015.05.008
    [5] 王冕, 陈群. 库区蓄水速度对不均匀心墙渗流场的影响[J]. 地下空间与工程学报,2014,10(增刊2):1794-1799. (WANG Mian, CHEN Qun. Influence of reservoir filling velocity on the seepage in the non-uniform core wall[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2014, 10(Suppl2): 1794-1799. (in Chinese)
    [6] 胡冉, 陈益峰, 李典庆, 等. 心墙堆石坝渗透稳定可靠性分析的随机响应面法[J]. 岩土力学,2012,33(4):1051-1060. (HU Ran, CHEN Yifeng, LI Dianqing, et al. Reliability analysis of seepage stability of core-wall rockfill dam based on stochastic response surface method[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(4): 1051-1060. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2012.04.014
    [7] 王林, 徐青. 基于蒙特卡罗随机有限元法的三维随机渗流场研究[J]. 岩土力学,2014,35(1):287-292. (WANG Lin, XU Qing. Analysis of three dimensional random seepage field based on Monte Carlo stochastic finite element method[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35(1): 287-292. (in Chinese)
    [8] 王飞, 王媛, 倪小东. 渗流场随机性的随机有限元分析[J]. 岩土力学,2009,30(11):3539-3542. (WANG Fei, WANG Yuan, NI Xiaodong. Analysis of random characteristics of seepage field by stochastic finite element method[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 30(11): 3539-3542. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2009.11.054
    [9] 李守巨, 上官子昌, 孙伟, 等. 多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系随机模拟[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2010,29(4):589-592. (LI Shouju, SHANGGUAN Zichang, SUN Wei, et al. Simulation on relationship between hydraulic conductivity and porosity for porous soils[J]. Journal of Liaoning Technical University (Natural Science), 2010, 29(4): 589-592. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1008-0562.2010.04.017
    [10] 汪涛, 徐力群. 考虑随机施工缺陷的心墙坝三维渗流特性分析[J]. 水电能源科学,2016,34(12):87-89, 136. (WANG Tao, XU Liqun. Three-dimensional seepage characteristic analysis of core wall dam considering stochastic construction defects[J]. Water Resources and Power, 2016, 34(12): 87-89, 136. (in Chinese)
    [11] 冯璐. 土体不均匀性和各向异性对土坝渗流场的影响分析[D]. 西安: 西安理工大学, 2013.

    FENG Lu. Influence on the seepage field of earth dam considering the uneven and anisotropy of soil[D]. Xi’an: Xi’an University of Technology, 2013. (in Chinese)
    [12] 高江林, 陈云翔. 基于渗流与应力耦合的防渗墙与坝体相互作用的数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2013(2):58-63. (GAO Jianglin, CHEN Yunxiang. Numerical simulation of interaction between cut-off wall and earth-rock dam based on coupling of seepage and stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2013(2): 58-63. (in Chinese)
  • [1] 李国英, 韩朝军, 魏匡民, 米占宽.  考虑坝体-地基接触效应的特高心墙堆石坝结构安全性研究 . 水利水运工程学报, 2019, (6): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.012
    [2] 饶云康, 丁瑜, 倪强, 许文年, 刘大翔, 张恒.  基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测 . 水利水运工程学报, 2018, (6): 92-97. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.012
    [3] 何玲丽, 田东方.  考虑径流补给的滑坡渗流三维有限元模拟 . 水利水运工程学报, 2017, (4): 105-111. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.04.015
    [4] 徐保照, 李飒, 夏玲晓, 戴旭.  不同安装法对管桩桩周土影响的有限元分析 . 水利水运工程学报, 2015, (2): 38-43.
    [5] 周元强, 白闰平, 邵 勤, 刘欣良.  碎石桩复合地基的液化判别方法 . 水利水运工程学报, 2014, (5): 87-94.
    [6] 朱俊高, 轩向阳, 薄以霆.  表面振动压实仪法测定粗粒土密度的影响因素 . 水利水运工程学报, 2013, (2): 15-19.
    [7] 王俊杰, 卢孝志, 邱珍锋, 梁越.  粗粒土渗透系数影响因素试验研究 . 水利水运工程学报, 2013, (6): 16-20.
    [8] 涂扬举;王文涛;薛新华.  瀑布沟高心墙土石坝渗流分析 . 水利水运工程学报, 2013, (5): 77-82.
    [9] 刘东海;高歌.  高土石坝施工进度综合优化及其遗传和声算法 . 水利水运工程学报, 2013, (5): 17-25.
    [10] 李颖,贡金鑫.  有斜桩和无斜桩高桩码头地震反应的非线性有限元分析 . 水利水运工程学报, 2011, (2): -.
    [11] 陈生水,方绪顺,钱亚俊.  高土石坝地震安全评价及抗震设计思考 . 水利水运工程学报, 2011, (1): -.
    [12] 李同春,厉丹丹,王志强.  基于有限元响应面法的重力坝抗拉可靠度分析 . 水利水运工程学报, 2009, (4): -.
    [13] 焦爱萍,刘宪亮,许新勇.  宝泉浆砌石重力坝三维有限元动力分析 . 水利水运工程学报, 2007, (1): 36-40.
    [14] 苏静波,邵国建,熊伟.  岩壁吊车梁运行期三维非线性有限元稳定计算 . 水利水运工程学报, 2006, (1): 30-34.
    [15] 陈铁林,沈珠江,周成.  用大变形有限元对土体静力触探的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2004, (2): 1-6.
    [16] 唐洪祥,邵龙潭,宋春红.  正弦波作用下模型坝的有限元边坡稳定分析 . 水利水运工程学报, 2002, (4): 20-23.
    [17] 刘晓青,李同春,夏颂佑,M.Pastor.  不可压缩塑性问题稳定化的等插值u-p有限元解法 . 水利水运工程学报, 1997, (4): -.
    [18] 徐光明,章为民,蔡飞,赖忠中.  岸坡稳定的离心模型试验和有限元计算分析 . 水利水运工程学报, 1995, (4): -.
    [19] 丁方中,许协庆.  溢流坝顶闸下出流的有限元分析 . 水利水运工程学报, 1983, (2): -.
    [20] 李祖贻,陈平,李定方,毛昶熙.  土坝二向渗流的有限单元法计算与坝坡稳定分析 . 水利水运工程学报, 1980, (2): -.
  • 加载中
图(8) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  87
  • HTML全文浏览量:  48
  • PDF下载量:  19
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-26
  • 网络出版日期:  2021-07-26
  • 刊出日期:  2021-08-15

/

返回文章
返回