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咀儿上淤地坝防渗改造渗流及坝坡稳定分析

陈彬鑫 聂兴山 田淳

陈彬鑫,聂兴山,田淳. 咀儿上淤地坝防渗改造渗流及坝坡稳定分析[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210509001
引用本文: 陈彬鑫,聂兴山,田淳. 咀儿上淤地坝防渗改造渗流及坝坡稳定分析[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210509001
(CHEN Binxin, NIE Xingshan, TIAN Chun. Analysis of seepage and dam slope stability for anti-seepage transformation of Juershang silt dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210509001
Citation: (CHEN Binxin, NIE Xingshan, TIAN Chun. Analysis of seepage and dam slope stability for anti-seepage transformation of Juershang silt dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210509001

咀儿上淤地坝防渗改造渗流及坝坡稳定分析

doi: 10.12170/20210509001
基金项目: 山西省水利科学技术研究与推广项目(2017SB02)
详细信息
    作者简介:

    陈彬鑫(1995—),男,浙江湖州人,硕士研究生,主要从事水工水力学方面的研究。E-mail:419712600@qq.com

    通讯作者:

    田 淳(E-mail:tianchun@tyut.edu.cn

  • 中图分类号: TV64

Analysis of seepage and dam slope stability for anti-seepage transformation of Juershang silt dam

  • 摘要: 为提高小流域地表水的利用率,解决山区灌溉用水问题,结合山西省偏关县咀儿上淤地坝开展淤地坝防渗改造的技术研究。针对该淤地坝上游坝坡,提出原土培厚、黏土斜墙、复合土工膜共3种改造措施5种改造方案,并考虑渗流场和应力场的耦合影响,对原坝体和各种改造方案的渗流和坝坡稳定性进行数值模拟计算。结果表明:原坝体受渗透水的影响较大,无法安全蓄水;仅对上游坝坡进行原土培厚并不能使坝体满足防渗要求;在上游坝坡铺设黏土斜墙或土工膜可以有效地降低浸润线、减少渗流量、提高下游坝坡的稳定性;土工膜方案相对于其他方案具有更好的安全性和可行性,可以在条件允许的前提下优先考虑。研究结果对类似淤地坝防渗改造工程具有一定的指导意义。
  • 图  1  原坝体网格模型

    Figure  1.  The mesh model of original dam

    图  2  原坝体等势线及流速矢量(单位:渗流流速,m·s−1;等势线,m)

    Figure  2.  Equipotential line and velocity vector of original dam (unit: seepage velocity in m·s−1; equipotential line in m)

    图  3  原坝体水平位移

    Figure  3.  Horizontal displacement of original dam

    图  4  方案B、C设计图

    Figure  4.  Design drawings of scheme B and C

    图  5  方案A3等势线及流速矢量(单位:渗流流速,m·s−1;等势线,m)

    Figure  5.  Equipotential line and velocity vector of scheme A3 (unit: seepage velocity in m·s−1; equipotential line in m)

    图  6  方案A3蓄水时水平位移

    Figure  6.  Horizontal displacement of scheme A3 when impounding water

    图  7  方案B等势线及流速矢量(单位:渗流流速,m·s−1;等势线,m)

    Figure  7.  Equipotential line and velocity vector of scheme B (unit: seepage velocity in m·s−1; equipotential line in m)

    图  8  方案B蓄水时水平位移

    Figure  8.  Horizontal displacement of scheme B when impounding water

    图  9  方案C等势线及流速矢量(单位:渗流流速,m·s−1;等势线,m)

    Figure  9.  Equipotential line and velocity vector of scheme C (unit: seepage velocity in m·s−1; equipotential line in m)

    图  10  方案C蓄水时水平位移

    Figure  10.  Horizontal displacement of scheme C when impounding water

    图  11  原坝体及各方案潜在滑裂面

    Figure  11.  The potential slip surface of each scheme and original dam

    表  1  主要材料物理参数

    Table  1.   Physical parameters of main material

    材料弹性模量/MPa泊松比黏聚力/kPa摩擦角/˚渗透系数/(m·s−1
    坝体 7.53 0.30 23.00 25.00 1.00×10−7
    坝基 15.00 0.29 50.00 21.00 2.19×10−9
    黏土斜墙 10.00 0.35 12.30 23.60 1.00×10−9
    土工膜 1.25×104 0.25 ---- 20.00 1.00×10−14
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    表  2  验证结果对比

    Table  2.   Comparison of verification results

    原坝体出逸点高度/m单宽渗流量/(m2·s−1安全系数
    流固耦合10.674.380×10−71.084
    传统法10.414.240×10−71.152
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    表  3  各改造方案详情

    Table  3.   Details of each transformation scheme

    改造方案及编号上游边坡系数下游边坡系数坝顶宽/m坝底宽/m
    原坝体(A0)2.25/2.002.00/1.753.5095.00
    原土培厚(A1)2.502.00/1.757.50105.50
    原土培厚(A2)3.002.00/1.757.50116.50
    原土培厚(A3)3.502.00/1.757.50127.50
    黏土斜墙(B)3.002.00/1.757.50116.50
    复合土工膜(C)2.252.00/1.757.50100.00
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    表  4  各方案渗流稳定分析结果

    Table  4.   Seepage stability analysis results of each scheme

    方案渗流计算结果稳定性计算结果
    单宽渗流量/(m2·s−1)出逸点高度/m蓄水后最大水平位移/m安全系数
    原坝体(A0) 4.380×10−7 10.67 0.141 1.084
    原土培厚(A1) 4.073×10−7 10.27 0.138 1.108
    原土培厚(A2) 3.756×10−7 10.02 0.132 1.159
    原土培厚(A3) 3.579×10−7 9.86 0.126 1.190
    黏土斜墙(B) 1.175×10−7 3.00 0.094 1.598
    复合土工膜(C) 8.414×10−9 0.86 0.093 1.851
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-09
  • 网络出版日期:  2022-06-09

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