土石壩壩下涵管三維滲流有限元分析.pdf

1、土石壩建造在水利工程中有著悠久的歷史，和其他壩型相比較，土石壩造價低，因而被作為一種普遍使用的壩體類型。其中埋設(shè)于土石壩的壩下涵管是一種重要的輸水建筑物，壩下涵管直接埋設(shè)于壩體，需要承受頂部壩體填土壓力、地基不均勻沉降的影響，在與壩體填土接觸部位還需要承受滲流沖刷的作用，破壞后會對工程造成嚴(yán)重的損失。一直以來，在土石壩的規(guī)劃設(shè)計(jì)及參數(shù)分析中，通常偏重于滲流分析和穩(wěn)定計(jì)算；對涵管的研究則偏重于涵管的受力、沉降的計(jì)算等結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。而對于在

2、壩體穩(wěn)定滲流期，涵管與壩體填土接觸滲流的研究開展較少。
　　本文為了研究壩下涵管周圍接觸滲流問題，介紹了滲流理論的發(fā)展歷程和基本方法，建立了穩(wěn)定滲流期壩體及壩下涵管三維有限元分析模型。通過對土石壩常見非線性問題分析模型的比較，最終確定摩爾-庫倫模型作為本文土石壩有限元分析的本構(gòu)模型。針對不同計(jì)算工況，分別建立了壩體及壩下涵管應(yīng)力計(jì)算模型、壩體及壩下涵管三維滲流分析計(jì)算模型。
　　根據(jù)所開展的工作得出了以下結(jié)論：
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3、1）涵管所受應(yīng)力及豎向位移
　　計(jì)算上埋式涵管管頂垂直土壓力時，應(yīng)考慮涵管兩側(cè)土體的不均勻沉降的“拖曳摩擦”作用所帶來的應(yīng)力增加。涵管頂部所受豎向應(yīng)力呈不均勻分布，在涵管上方，隨著距離涵管頂部中心線的距離的增加，涵管頂部所受到的豎向應(yīng)力增加。在涵管外側(cè)，豎向應(yīng)力先減小后增加，逐漸趨于穩(wěn)定。隨著距離涵管中心線距離的增加，涵管頂部豎向位移逐漸增加，之后逐漸趨于穩(wěn)定。
　?。?）無截水環(huán)時涵管周圍滲流
　　涵管周圍土體滲流速

4、度、滲流量隨涵管周圍土體滲透系數(shù)的升高而增大，當(dāng)不設(shè)置截水環(huán)時，即使涵管周圍土體的滲透系數(shù)有所變化，但沿程滲透坡降幾乎無變化，而僅在滲流出口處，滲透坡降隨著涵管周圍土體滲透系數(shù)的增大而略有減小。
　　（3）截水環(huán)對涵管周圍滲流場的影響
　　涵管增設(shè)截水環(huán)可以有效降低涵管周圍滲流速度、滲流量，降低涵管周圍滲流出口處的滲透坡降，對預(yù)防涵管周圍土體接觸沖刷的發(fā)生起到重要作用。截水環(huán)的效果也跟截水環(huán)的尺寸和數(shù)量有關(guān)，在一定的尺寸和數(shù)