本文關(guān)鍵詞：亭口反調(diào)節(jié)水庫土石壩滲流與穩(wěn)定數(shù)值分析研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土石壩具有結(jié)構(gòu)簡單、施工運(yùn)行管理方便、對(duì)自然條件的適應(yīng)性較強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為世界壩工建設(shè)的優(yōu)選壩型。由于土石壩存在滲流現(xiàn)象,而滲流問題輕則減少水庫流量,重則可能導(dǎo)致壩體潰決及水庫失事,對(duì)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此,隨著我國各種大型土石壩的建設(shè)與發(fā)展,對(duì)于土石壩滲流穩(wěn)定的研究已經(jīng)受到了學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視。亭口反調(diào)節(jié)水庫的建設(shè),目的是在亭口水庫排沙期不能供水時(shí),對(duì)亭口水庫的供水過程進(jìn)行反調(diào)節(jié),以滿足供水區(qū)工業(yè)及生活供水需求,對(duì)于咸陽市的經(jīng)濟(jì)生活起著舉足輕重的作用。由于該反調(diào)節(jié)水庫在供水期水位降落較快,極易造成其土石壩上游壩坡滲透破壞或壩坡失穩(wěn),因此對(duì)反調(diào)蓄工程進(jìn)行滲流與穩(wěn)定數(shù)值分析研究,對(duì)于保證反調(diào)蓄水庫安全運(yùn)行和提高工程效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí)對(duì)于推進(jìn)土石壩滲流與穩(wěn)定數(shù)值分析的發(fā)展具有重要的理論意義,為工程上類似土石壩的滲流與穩(wěn)定數(shù)值分析提供一定的參考�；谕た谒畮焱潦瘔谓⒘硕S滲流穩(wěn)定有限元分析模型,針對(duì)土石壩滲流與穩(wěn)定數(shù)值模擬進(jìn)行了細(xì)致的分析研究,并與水利工程行業(yè)工程設(shè)計(jì)常用軟件進(jìn)行對(duì)比分析。論文的主要結(jié)論如下:(1)在穩(wěn)定滲流期,采用高級(jí)仿真有限元COMSOL Multiphysics計(jì)算所得浸潤線溢出點(diǎn)是在下游水位以上4m排水棱體的坡面上;理正滲流計(jì)算所得浸潤線溢出點(diǎn)是在下游水位與排水棱體坡面的交點(diǎn)上。通過混合邊界條件的設(shè)置能夠模擬出下游水流溢出的真實(shí)過程,為工程上此類土石壩的滲流計(jì)算提供參考。(2)在非穩(wěn)定滲流期,圍繞不同方案:利用COMSOL和理正這兩款軟件進(jìn)行滲流分析研究時(shí),兩者所得的上游壩坡逆向滲流出逸點(diǎn)處的最大滲透比降相差很大,理正所得值比COMSOL所得值小50%之多。故在工程設(shè)計(jì)上,用理正進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí),算出的滲透比降偏小,結(jié)果偏于危險(xiǎn);用COMSOL進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí),計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況,僅以此為工程上此類土石壩的滲流計(jì)算提供參考。利用COMSOL和AutoBank這兩款軟件進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析研究時(shí),AutoBank的計(jì)算結(jié)果要比COMSOL的計(jì)算結(jié)果小近12%,由此也說明壩坡穩(wěn)定性隨降速的增大而減小。故在工程設(shè)計(jì)上,如果用AutoBank進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí),算出的安全系數(shù)偏小,結(jié)果偏于安全;如果用COMSOL進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí),計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況,僅以此為工程上此類土石壩的邊坡穩(wěn)定計(jì)算提供參考。(3)非穩(wěn)定滲流計(jì)算分析表明,降落速度是決定非穩(wěn)定滲流場(chǎng)特征的最關(guān)鍵因素,上游邊坡中的滲透比降隨著水位的降落逐漸增大,降落速度越大,滲透比降也越大,上游壩坡穩(wěn)定性也越差;水位降落時(shí)的等勢(shì)線與邊坡趨于平行,滲流方向指向坡面,而非傳統(tǒng)認(rèn)為平行于坡面出流,且形成指向上游壩坡面方向的滲透力,這種滲透力是不利于邊坡穩(wěn)定的。(4)將上游壩坡坡比由1:3.0放緩到1:4.0分析研究表明,壩坡坡比的改變對(duì)壩體的滲透穩(wěn)定無影響,而只可提高壩體的抗滑穩(wěn)定性;通過均質(zhì)壩方案和砂礫石壓坡方案的對(duì)比分析研究,前者對(duì)壩體的穩(wěn)定性最不利,后者的穩(wěn)定安全系數(shù)最高。(5)土石壩初始設(shè)計(jì)方案的滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求;改變上游壩坡后,滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求,抗滑穩(wěn)定滿足要求;基于初始方案在上游壩坡鋪設(shè)土工膜作為防滲體后,滲流穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求;將大壩上游部分區(qū)域在初始?jí)涡偷幕A(chǔ)之上改成砂礫石壓坡,經(jīng)過優(yōu)化確定上游土料坡坡比為1:2.15,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行滲流分析研究,結(jié)果表明,滲流穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求,后期可將復(fù)合土工膜鋪設(shè)在砂礫石區(qū)和上游土料坡之間作為雙保險(xiǎn)的安全儲(chǔ)備措施。
【關(guān)鍵詞】：土石壩 滲透比降 數(shù)值模擬 強(qiáng)度折減 抗滑穩(wěn)定
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV641;TV223.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 土石壩滲流與穩(wěn)定分析的研究背景及意義13-16
• 1.1.1 土石壩的發(fā)展13-14
• 1.1.2 土石壩事故原因統(tǒng)計(jì)分析14-16
• 1.2 土石壩滲流國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 土石壩邊坡穩(wěn)定國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文研究工作的主要內(nèi)容20-21
• 1.5 本文技術(shù)路線21
• 1.6 本章小結(jié)21-23
• 第二章 土石壩滲流分析基本理論及數(shù)值模擬原理23-39
• 2.1 滲流分析概述23-24
• 2.1.1 滲流計(jì)算的任務(wù)23
• 2.1.2 滲流計(jì)算方法23-24
• 2.2 滲流的控制方程24-29
• 2.2.1 達(dá)西定律及其使用范圍24-25
• 2.2.2 滲流基本方程式25-28
• 2.2.2.1 多孔介質(zhì)中水的運(yùn)動(dòng)方程25-26
• 2.2.2.2 多孔介質(zhì)中水的連續(xù)性方程26-27
• 2.2.2.3 滲流的基本微分方程27-28
• 2.2.3 滲流基本微分方程的定解條件28-29
• 2.3 數(shù)值模擬的有限單元法29-31
• 2.3.1 有限單元法的基本原理29-30
• 2.3.2 有限單元法的實(shí)施步驟30-31
• 2.4 滲流分析有限單元法分析過程31-38
• 2.4.1 基本方程式及定解條件31-32
• 2.4.2 變分有限元法計(jì)算公式32-35
• 2.4.3 等參變換35-36
• 2.4.4 單元滲透矩陣的形成36-37
• 2.4.5 總體滲透矩陣的形成與求解37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 土石壩邊坡穩(wěn)定分析基本理論及有限單元法39-47
• 3.1 邊坡穩(wěn)定分析概述39
• 3.1.1 邊坡穩(wěn)定分析的目的39
• 3.1.2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法39
• 3.2 極限平衡法基本理論39-40
• 3.3 邊坡穩(wěn)定分析的極限平衡條分法40-43
• 3.3.1 瑞典圓弧法40-41
• 3.3.2 簡化Bishop法41
• 3.3.3 簡化Janbu法41-42
• 3.3.4 Morgenstern-Price法42
• 3.3.5 邊坡穩(wěn)定分析各方法對(duì)比42-43
• 3.4 邊坡穩(wěn)定分析的極限平衡有限單元法43-46
• 3.4.1 極限平衡有限單元法的基本思想43-44
• 3.4.2 極限平衡有限單元法的優(yōu)勢(shì)44-45
• 3.4.3 應(yīng)用極限平衡有限單元法需要滿足的條件45
• 3.4.4 有限元強(qiáng)度折減法屈服準(zhǔn)則的選用45-46
• 3.4.5 有限元模型計(jì)算的收斂準(zhǔn)則及極限狀態(tài)的判據(jù)46
• 3.4.5.1 收斂準(zhǔn)則46
• 3.4.5.2 極限狀態(tài)的判據(jù)46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 亭口反調(diào)節(jié)水庫均質(zhì)壩方案下滲流與穩(wěn)定數(shù)值模擬分析47-85
• 4.1 工程背景47-59
• 4.1.1 工程概況47
• 4.1.2 計(jì)算參數(shù)47-53
• 4.1.2.1 飽和滲流計(jì)算參數(shù)47-48
• 4.1.2.2 非飽和滲流參數(shù)48-52
• 4.1.2.3 穩(wěn)定計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)52
• 4.1.2.4 力學(xué)指標(biāo)的選取52-53
• 4.1.3 計(jì)算斷面53-55
• 4.1.4 計(jì)算工況55
• 4.1.4.1 滲流計(jì)算工況55
• 4.1.4.2 穩(wěn)定計(jì)算工況55
• 4.1.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)55-56
• 4.1.5.1 允許滲透比降55-56
• 4.1.5.2 壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)56
• 4.1.6 計(jì)算方法56-59
• 4.1.6.1 計(jì)算采用軟件簡介56-57
• 4.1.6.2 非飽和滲流計(jì)算方法57-59
• 4.1.6.3 穩(wěn)定計(jì)算方法59
• 4.2 COMSOL Multiphysics高級(jí)數(shù)值仿真軟件分析59-76
• 4.2.1 計(jì)算模型59-61
• 4.2.1.1 幾何模型59-60
• 4.2.1.2 有限元模型60-61
• 4.2.2 滲流分析61-71
• 4.2.2.1 COMSOL中參數(shù)選用及水位降落曲線61-62
• 4.2.2.2 邊界條件的設(shè)置及求解62-64
• 4.2.2.3 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期計(jì)算結(jié)果64-66
• 4.2.2.4 水位驟降期計(jì)算結(jié)果66-70
• 4.2.2.5 變上游壩坡坡比滲透比降比較70
• 4.2.2.6 成果分析70-71
• 4.2.3 穩(wěn)定分析71-76
• 4.2.3.1 COMSOL中參數(shù)及屈服準(zhǔn)則的選用71-72
• 4.2.3.2 邊界條件的設(shè)置及求解72
• 4.2.3.3 初始坡比計(jì)算結(jié)果72-75
• 4.2.3.4 坡比改為 1:3.2 計(jì)算結(jié)果75-76
• 4.2.3.5 成果分析76
• 4.3 工程常用軟件分析76-81
• 4.3.1 滲流分析76-78
• 4.3.1.1 計(jì)算模型76
• 4.3.1.2 計(jì)算結(jié)果76-77
• 4.3.1.3 成果分析77-78
• 4.3.2 穩(wěn)定分析78-81
• 4.3.2.1 計(jì)算模型78-79
• 4.3.2.2 原始坡比計(jì)算結(jié)果79-80
• 4.3.2.3 坡比改為 1:3.2 計(jì)算結(jié)果80-81
• 4.3.2.4 成果分析81
• 4.4 兩類軟件計(jì)算成果比較分析81-84
• 4.4.1 滲流計(jì)算成果比較分析81-83
• 4.4.1.1 原設(shè)計(jì)體型81-82
• 4.4.1.2 上游壩坡不同坡比82-83
• 4.4.2 穩(wěn)定計(jì)算成果比較分析83-84
• 4.4.2.1 原設(shè)計(jì)體型83-84
• 4.4.2.2 上游壩坡坡比 1:3.284
• 4.5 本章小結(jié)84-85
• 第五章 亭口反調(diào)節(jié)水庫土工膜防滲大壩滲流與穩(wěn)定數(shù)值模擬分析85-97
• 5.1 基于初始?jí)涡偷纳嫌螇纹绿幚泶胧?/span>85
• 5.2 計(jì)算斷面85-86
• 5.3 土工膜防滲體86-87
• 5.3.1 土工膜簡介86
• 5.3.2 土工膜滲透系數(shù)的等效及取值86-87
• 5.4 COMSOL Multiphysics高級(jí)數(shù)值仿真軟件分析87-91
• 5.4.1 計(jì)算模型87-88
• 5.4.1.1 幾何模型87-88
• 5.4.1.2 有限元模型88
• 5.4.2 滲流分析88-89
• 5.4.2.1 計(jì)算結(jié)果88-89
• 5.4.2.2 成果分析89
• 5.4.3 穩(wěn)定分析89-91
• 5.4.3.1 計(jì)算結(jié)果89
• 5.4.3.2 成果分析89-91
• 5.5 工程常用軟件分析91-96
• 5.5.1 滲流分析91-92
• 5.5.1.1 計(jì)算模型91
• 5.5.1.2 計(jì)算結(jié)果91-92
• 5.5.1.3 成果分析92
• 5.5.2 穩(wěn)定分析92-96
• 5.5.2.1 計(jì)算模型92-93
• 5.5.2.2 計(jì)算結(jié)果93-95
• 5.5.2.3 成果分析95-96
• 5.6 本章小結(jié)96-97
• 第六章 亭口反調(diào)節(jié)水庫上游壩坡采用砂礫石壓坡大壩滲流與穩(wěn)定數(shù)值模擬分析97-107
• 6.1 基于初始?jí)涡偷纳嫌螇纹绿幚泶胧?/span>97
• 6.2 計(jì)算斷面97-98
• 6.3 滲流計(jì)算98-102
• 6.3.1 計(jì)算參數(shù)98
• 6.3.2 計(jì)算方法98-99
• 6.3.3 計(jì)算模型99
• 6.3.4 計(jì)算結(jié)果99-101
• 6.3.4.1 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期計(jì)算結(jié)果99
• 6.3.4.2 庫水位降落非穩(wěn)定滲流期計(jì)算結(jié)果99-101
• 6.3.5 成果分析101-102
• 6.4 穩(wěn)定計(jì)算102-106
• 6.4.1 計(jì)算參數(shù)102-103
• 6.4.2 計(jì)算方法103
• 6.4.3 計(jì)算模型103-104
• 6.4.4 計(jì)算結(jié)果104-106
• 6.4.5 成果分析106
• 6.5 各壩型方案計(jì)算成果對(duì)比分析106
• 6.6 本章小結(jié)106-107
• 第七章 結(jié)論與展望107-110
• 7.1 結(jié)論及建議107-108
• 7.2 本文創(chuàng)新之處108-109
• 7.3 展望109-110
• 參考文獻(xiàn)110-115
• 致謝115-116
• 作者簡介116

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  本文關(guān)鍵詞：亭口反調(diào)節(jié)水庫土石壩滲流與穩(wěn)定數(shù)值分析研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：355018