混凝土面板堆石坝渗流计算
浅议水库混凝土面板堆石坝止水及计算原理
浅议水库混凝土面板堆石坝止水及计算原理摘要:本文通过对水库混凝土面板堆石坝止水、工程面板失效情况的计算分析、施工中应注意的问题,论述了坝体止水系统失效的模拟方法,并研究了周边缝以及面板垂直缝止水破损失效对坝体的影响规律。
关键词:水库混凝土；面板堆石坝；计算原理；施工；止水一、引言混凝土面板堆石坝的防渗体系主要由混凝土面板、趾板、防渗墙及灌浆帷幕等基础防渗设施组成。
混凝土趾板的作用是将基础防渗设施及坝体混凝土面板相连接,形成完整的防渗体系。
混凝土趾板与面板之间设周边缝,趾板与面板都是分期浇筑的,块与块间也有各种接缝,接缝的止水也是防渗体系中的重要环节。
混凝土面板堆石坝的止水系统主要包括周边缝止水、面板划分条块的面板缝(垂直缝)止水、分期浇筑面板的水平缝止水以及面板与防浪墙底板间的水平缝止水等。
这些不同类型的接缝止水是面板坝防渗体系中重要而又薄弱的环节,接缝张开、止水失效往往是面板坝大量渗漏,甚至导致面板坝出现险情的重要原因。
二、计算原理考虑稳定渗流情况,采用基于变分不等式理论的固定网格迭代方法截止负压法求解。
采用Galerkin逼近方法,可导出有限元矩阵方程如下:[K]{P}={F} （1)式中[K]——总体渗透矩阵;[P]——结点压力列向量;[F]——结点流量列向量。
它把各个单元的结点贡献累加到总体渗透矩阵和结点荷载列向量中去。
式(1)是非线性的,可用截止负压法求解。
为了勾画出一个光滑而精确的自由面,允许在自由面以上的非饱和区中存在一定的负水压力,而饱和区中的压力保持为正,这样,单元中的零压面就是自由面。
这些负压值应满足两个条件:①应足够大,以保证自由面穿过单元时的插值精度;②应有一定的幅值,即截止负压,保证当网格尺寸趋于零时,其值也趋于零。
三、止水失效影响分析3.1计算模型与方案某混凝土面板砂砾石坝,趾板建于深厚覆盖层上,覆盖层以上坝高110m,坝顶高程1654m,坝顶长度337.6m。
面板每12m分垂直缝,计算时截取2块6m宽的面板夹一条2cm宽的面板缝以及坝体和坝基建立有限元模型。
ANSYS有限元生死单元技术在砼面板堆石坝渗流计算中的研究与应用
上述 方程 汇 总就建 立起 有 个 方程 组成 的总 体方 程
组， 写成矩 阵 的形 式为 ：
［ ｛ 一｛ ｝ Ｋ］ ｝ Ｆ 一０
（） ７
式 中 ，Ｆ） ｛ 为形 成总 体矩 阵 时 ， 已知结 点 构 成 常数 由
ｊｃ ｅ ｕｒｍｅ ｔ ， ｔ ｈ ａ ｉ ｈ ｄ ｌ ｓｓ ｌ ａ ｄｔｅｒｓ ｌ ｒ ｔ ｉｖ ． ｔ ｑｉ ｅ ｒ ｅ ｎ ｓ ａ ｅｓｍｅｔ ｔ ｍｅｔ ｅｍｏ ｅ ｗａ ｉ ｅ ｎ ｅｕｔ ｗｅｅｉ ｕｔ ｅ ｍｐ ｈ ｓ ｎ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｆｎｔ —ｌｍｅ ｔ ｉｆｌｒｔｏ ｉｅ ｅ ｉｌ ｎ ａｉｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ＡＮＳ ｈ ｒ ａ ｙｗｏ ｄ ：ｅ ｐ ｇ ；ｉ ｉ ｅｅ ｎ ；ｎ ｉ ａｉｎ ｌ ； ｋ ｌ ａ ｄ ｅ ｌ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ； ｅ ｔ ｎ ｖ ＹＳ ｔ ｅｍ ｌ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ｉ ｈ ｏ ｙ ｏ ｅ ｐ ｇ ｎ ｏ ｔｏ ｑ ａｉｎ ，ａｎ ｗ ｉ ｉ ～ｌｍｅ ｔｓ ｅ ａ ｅｃ ｌ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅｂ ｓｃｔ ｅ ｒ ｆｓ ｅ ａ ｅａ ｄｃ ｎ ｒ ｌ ｕ ｔｏ ｓ ｅ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｅ ｐ ｇ ａ～ ｅ ｎ ｅ
式 中 ， 、 ａ 为待求 的参 数． ａ 、。 用 矩 阵 形 式 表 示 如 下 ： （ ）一 ｛ ｚ， Ｎ ＋
ｒ ］
项 的列 向量； 为未知结点 的列向量 ；Ｋ］ ｛ ｝ ［ 为 ×７ ７
的方 阵 ， 为 总渗 透矩 阵． 称 方程 组 的系数 矩 阵一 般 是正 定 的 ， 就 保 证 了 这 解 答 的唯 一性 ． 总体 方程 解 出后 ， 就可 得 到各未 知节
堆石混凝土重力坝坝体防渗设计
《河南水利与南水北调》2024年第3期堆石混凝土重力坝坝体防渗设计陈焕民黔东南州水利投资（集团）有限责任公司，贵州凯里556000摘要：为确保堆石混凝土重力坝防渗设计可靠安全，本工程设计首次提出采用0.50m 厚W10防渗自密实混凝土与2.00m 厚防渗堆石混凝土共同构成大坝防渗体系的方案，通过水力坡降与承压水头计算复核大坝防渗层材料的设计抗渗等级、设计厚度均可满足现行规范要求，通过设置堆石外露区以提高坝体层间结合性能，并针对性提出防渗层水平施工缝的技术要求。
关键词：防渗堆石混凝土；防渗厚度；水力坡降；防渗等级；堆石外露区中图分类号：TV642.3文献标识码：B文章编号：1673-8853（2024）03-0051-02作者简介：陈焕民（1967—），男，高级工程师，主要从事水工水电工程管理。
0前言某水库工程主要任务是提供灌溉用水和生活用水，水库总库容1518万m 3，大坝为堆石混凝土重力坝，最大坝高71m ，坝顶总长148m ，坝顶宽6m ；坝体设有永久性横缝，横缝间距为15～20m ，由坝基贯通坝顶；坝体上游防渗层为二级配C25高自密实混凝土，厚0.80m ，防渗等级W10，抗冻等级F100。
基础排水廊道为城门洞形，断面尺寸1.80m×2.50m ，全长106m ，采用50cm 厚C25高自密实混凝土衬砌；基础强约束区岸坡段采用C15高自密实混凝土，厚0.60m ，防渗等级W6，抗冻等级F50；其余部位采用C15堆石混凝土，防渗等级W4，抗冻等级F50。
1坝体防渗设计方案现行行业标准SL 678-2014（以下简称“导则”）第5.5节对胶结颗粒料坝（包括堆石混凝土坝和胶凝砂砾石坝两种坝型）的坝体防渗做出了具体规定，其中第5.5.2条提出胶结颗粒料坝防渗设计的共性要求，第5.5.4条是在共性要求的基础上提出堆石混凝土坝防渗设计的具体要求。
此工程采用防渗自密实混凝土与防渗堆石混凝土共同构建大坝防渗体系的设计方案。
面板堆石坝设计规范
⾯板堆⽯坝设计规范混凝⼟⾯板堆⽯坝设计规范Design Code for Concrete Face Rockfill DamsSL 228-98主编单位：⽔利部⽔利⽔电规划设计总院批准部门：中华⼈民共和国⽔利部1999-01-16发布1999-02-01实施前⾔根据⽔利部1997年下达的技术标准制定、修订计划，在DL5016—93《混凝⼟⾯板堆⽯坝设计导则》(以下简称原导则)基础上，吸收国内外⼗多年来的建设经验和科研成果，对原导则⾏了修改补充，制订本规范。
本规范主要内容包括：混凝⼟⾯板堆⽯坝及有关的泄、放⽔等建筑物布置；坝体堆⽯或砂砾⽯材料详细分区；坝体材料特性和填筑质量标准；坝体设计和计算；坝基及岸坡开挖与处理；混凝⼟趾板与⾯板设计；周边缝及垂直缝等各种接缝⽌⽔设计；分期施⼯和已建坝的加⾼；原型观测布置设计等的基本规定和要求。
对原导则修改补充的主要内容如下：1将适⽤范围修改为适⽤于1、2、3级及3级以下坝⾼70m以上的混凝⼟⾯板堆⽯坝设计。
2 增列了术语和符号⼀章，统⼀图⽰标记。
3修改了原导则中在砂砾⽯地基上不宜修建⾼混凝⼟⾯板堆⽯坝等规定。
4 强调了使⽤枢纽建筑物开挖料及近坝区⽯料或砂砾料⽤作坝体填筑料，以提⾼技术、经济效果。
5拓宽了对趾板地基要求。
除弱风化岩层外，经过专门论证，采取⼯程措施，也可建于风化破碎或软弱基岩上。
补充提出了采⽤混凝⼟防渗墙、将趾板置于砂砾⽯层上的基本要求。
6 补充了需要进⾏稳定分析和有限元法计算坝体应⼒、变形的基本要求。
7增列了坝顶结构设计要求、坝体抗震措施及砂砾⽯坝体渗流控制的基本要求。
8补充了确定混凝⼟⾯板厚度的标准、对原材料及配合⽐等的技术规定、⾯板的防裂措施和要求。
对周边缝⽌⽔作了适当简化，并拓宽了要求。
9 适当简化了⼀般性观测项⽬，增列了可选择的观测项⽬。
本规范解释单位：⽔利部⽔利⽔电规划设计总院本规范主编单位：⽔利部⽔利⽔电规划设计总院本规范主要起草⼈：赵增凯蒋国澄曹克明杨德福杨世源王治明⽬录1 总则1.0.1为适应混凝⼟⾯板堆⽯坝建设发展的需要，规范混凝⼟⾯板堆⽯坝的设计，使其达到安全适⽤、经济合理、技术先进和保证质量，特制定本规范。
面板坝剖面及渗流稳定计算
坝体设计1、坝体断面设计基本资料设计洪水位 上游：605.5m 下游：578.8m 校核洪水位 上游：607.35m 下游：580m 正常水位 上游：605m 下游：578.5m 死水位 588m多年平均风速：12m/s 多年最大风速：18m/s吹程：正常水位：210m 设计水位：210.5m 校核水位：212m 地震烈度：7度。
坝顶高程的确定坝顶高程按以下四种条件计算，取其最大值： ① 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；② 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高； ③ 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；④ 正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。
坝顶高程=水库静水位+坝顶超高 坝顶超高d=R+e+AR —波浪在坝坡上的设计爬高； e —风浪引起的坝前水位壅高；运行条件下A=0.4m 。
水位壅高计算公式如下：βcos 22mgH D KW e =式中 e —计算点处的风壅水面高度，m ； D —风区长度，m ；K —综合摩阻系数，取3.6×10-6； β—计算风向与坝轴线法线的夹角。
波浪爬高计算公式如下：m m W m L h mK K R 21+=∆⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.0245.027.0227.013.00018.07.013.0W gH th W gD th W gH th W gh m m m 5.0438.4m m h T = π22mm gT L =m m W m L h mK K R 21+=∆605m 坝前水深40m ，平均水深340*0.55m 。
设计情况：计算得m h =0.448m,970.2=m T m,761.13=mL m 1.240m h =0.645 m T =3.564 m L =19.820 1.785m m W m L h mK K R 21+=∆取防浪墙顶高程609m，防浪墙坝顶超高1.2m，所以坝顶高程为607.8m。
钟吕水利枢纽复合土工膜防渗面板堆石坝设计计算书
正常蓄水位+正常运用情况：H顶=H正常+y正常=275.5+1.65=277.15m
设计洪水位+正常运用情况：H顶=H设计+y设计=275.5+1.65=277.15m
校核洪水位+非常运用情况：H顶=H校核+y校核=279.2+1.27=280.47m
故挡墙顶高程为280.47m，考虑施工方便和施工的精度，选取L型挡墙顶高程为281.2m。
278.0
5
8
181.5
10
231.2
12
280.9
276.0
277.0
278.0
279.0
6
8
234.0
10
299.3
12
364.7
277.0
278.0
279.0
280.0
7
8
289.1
10
371.5
12
453.8
278.0
279.0
280.0
281.0
8
8
346.2
10
446.8
12
547.4
279.0
277.3
188.5
279.2
300
1.9
4
271
276.5
200
278.4
310
1.9
5
B=10米
274278.4ຫໍສະໝຸດ 160.0280.7
260.0
2.3
6
273
277.6
200.0
279.3
320.0
1.7
7
272
277.0
231.2
堆石混凝土坝渗透系数浅析
出较为合理的坝体渗透系数和计算公式ꎬ 为堆石混凝土坝渗透系数的确定提供参考ꎮ
关键词: 渗透系数ꎻ 渗透试验ꎻ 堆石混凝土ꎻ 钻孔压水试验
中图分类号: ＴＶ４３１ 文献标识码: Ａ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０２１)０３￣０１３０￣０６
定的误差ꎬ 但影响微小可以忽略不计 [１７] ꎮ 而式(３)
表 ２ 全集配堆石混凝土堆石率
试件编号
是我们希望看到的ꎮ 一般对于试段长度是远大于钻
ＲＦＣ３
４４
可以通 过 一 定 的 转 换ꎬ 变 成 式 ( ９ ) ꎬ 两 者 是 等 同
的ꎬ 式(９) 中渗透系数的单位为 ｃｍ / ｓꎮ
由以上的分析可以得出: 现场渗透系数的计算
单元堆石混凝土来模拟堆石混凝土ꎮ 但是从作者试
程通常 ５５％ ~ ６０％ 的堆石率 [９] ꎮ 文献[１３] 中浇筑
了 ２ｍ × １ｍ × １ ８ｍ 的堆石混凝土试块ꎬ 并切割成尺
寸为 １２ｃｍ × １２ｃｍ × １５ｃｍ 的试件ꎬ 在四周打磨后ꎬ
用自密实砂浆进行填补成试验的标准尺寸进行渗透
测定ꎬ 但试验结果表明: 与砂浆结合处渗漏较多ꎮ
０ ５ × １０
１ ４６７ × １０ － １０
１
０ ２８４ × １０
２
平均值
备注
０ ８４８ × １０ － １０
全集配试验
－ １０
２
３
单位: ｃｍ / ｓ
０ ５７６ × １０ － １２
－ １０
３ ２２９ × １０ － １０
１ ６２９ × １０ － ９
Ｃ２８ ２５Ｗ６
面板堆石坝渗流二维有限元分析
面板堆石坝渗流二维有限元分析摘要：本文采用autobank软件，对某电站的面板堆石坝的渗流场进行二维有限元数值计算，分析大坝渗流场分布规律，确定各工况下坝体内浸润线，分析面板、堆石体及基础的渗透坡降，并计算相应典型剖面的单宽渗流量。
关键词：面板堆石坝；autobank；渗流场；渗透坡降abstract: in this paper autobank software, a power of the rockfill dam seepage field of 2 d finite element numerical calculation, analysis the dam seepage field distribution rule, determine the conditions in the dam infiltrating line, analysis of the panel, stone body and basic seepage slope, and calculating the corresponding profile of the typical single wide seepage flow.keywords: face rockfill dam; autobank; seepage field; seepage slope中图分类号： tv641.4 文献标识码：a文章编号：1引言大多数岩土工程中发生的事故和地质灾害都与土中水有关。
土中水的增加使非饱和土的基质吸力锐减；部分岩土软化，土的结构破坏；由于超静水压使土体的有效应力较小；当发生渗流时还可能由于渗透力的作用而增加许多不利因素。
渗流与水工建筑物的安全与正常工作有着密切的关系。
根据我国对241座大型水库曾发生的1000件工程安全问题的统计，其中31%是由渗流引起的。
因此，对大坝的渗流场进行分析是非常有必要和有意义的。
混凝土面板裂缝渗流计算与分析
第29卷第6期2008年12月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journa l of Nort h China Institut e of W ate r Conservancy and Hydroe l ec tric Powe rVol .29No 16Dec .2008收稿日期65作者简介苏玉杰(—),男,河南开封人,工程师,硕士,主要从事水库大坝渗流安全分析方面的研究文章编号:1002-5634(2008)06-0039-03混凝土面板裂缝渗流计算与分析苏玉杰1,赵慧珍2,徐家海1(1.浙江省水利河口研究院,浙江杭州310020;2.华北水利水电学院,河南郑州450011)摘 要:混凝土面板堆石坝的防渗面板容易产生裂缝,裂缝的渗流状态与形式对坝体安全有着直接的影响.采用岩体裂缝渗流的理论计算方法,结合工程实例对防渗面板裂缝内部的渗流状况及形态进行分析,确定了防渗面板裂缝的渗流状态,为其防渗处理及加固提供了依据.关键词:防渗面板;裂缝;渗流计算中图分类号:T V22314 文献标识码:A 混凝土面板作为堆石坝的防渗体,其防渗能力是影响大坝渗流安全的主要因素.由于受大坝变形及环境因素的影响,防渗面板容易产生结构裂缝,从而影响大坝整体的防渗性能.对于面板裂缝,目前一般采用现场检测的方法,检测内容仅局限于裂缝宽度、长度及深度.由于裂缝填充物质、裂缝裂隙分布等因素的影响,裂缝内部的渗流状态、渗流形式较为复杂,笔者采用岩体裂缝渗流的理论计算方法,结合工程实例对裂缝的渗流状态进行了初步的分析与研究.1 裂缝渗流的理论计算方法1.1 裂缝的水力特性裂缝中的水流运动问题属于水力学问题,可直接引用二平行板间水流的基本公式.对于缝壁光滑的裂缝,当层流时单位宽度上的缝际流量为q =dv b =gb 3J12v(1)式中:v b 为缝中平均水流速度;b 为裂缝张开度;J 为缝中水流的水力坡度;g 为重力加速度;v =μ/ρ,为运动粘滞系数.若裂缝不是均匀的张开度,可按下式取裂缝张开度的平均值b3=∫bm ax b m inb 3f (b )d b(2)式中f (b )为裂缝张开度的分布函数.对水力光滑缝中的层流,沿程的摩阻系数为λb =24vbv b=24Re , Re =bv bv(3)对于有一定粗糙度的裂缝,需考虑水流穿经凸起物排列间隙的曲折迂回流动,根据路易斯(Louis )实验成果,对于粗糙缝的计算公式为:层流 λb =24Re 1+8.8Δ2b 1.5(4) q =b 3J g 12v 1+8.8Δ2b 1.5-1(5)紊流 1λb=-22lgΔ1.9×2b (6)q =4b1.5J g lg1.9×2b Δ(7)1.2 判定防渗面板裂缝中的达西流一般来说,裂缝的粗糙率越大,宽度越小,水力比降也不大时,其流动在很大范围内符合达西定律.根据罗米日(Ρомизе)在平行玻璃面板粘石英砂的试验,缝宽限制在0.5c m 以下,绝对糙率Δ为0.2c m ,仍属达西流.1.3 裂缝渗透系数在计算中分2种情况对裂缝渗流进行计算.1.无充填情况.由式(6)和(8)可知裂缝中的渗透系数为: 层流 K =gb212v 1+8.8Δ2b1.5-1(8):2008-0-2:1979. 紊流 k=4g lg1.9Δ/2b b(9)2.有充填情况.实际工程中,在渗透压力与水流的作用下,水中的细颗粒逐渐地填到裂缝里面,使得裂缝中的渗透系数逐渐变小,因此,裂缝中的渗透系数有可能比上述公式得出的数值小.根据无粘性土的渗透特性可知,裂缝充填后的渗透系数可表示为k=234n3d220(10)式中:n为充填物的孔隙率;d20为土的等效粒径,c m.2 工程实例某水库大坝为钢筋混凝土面板干砌块石坝,最大坝高42.5m,坝顶长175m,坝顶宽5.5m,坝体防渗体采用钢筋混凝土防渗面板.工程于1981年开始蓄水,当时以上游0.7m厚的混凝土垫层作为临时防渗体,工程运行至1983年4月,大坝补浇钢筋混凝土防渗面板.面板厚度0.5m,抗压强度平均为41.9MPa,混凝土抗渗标号W8.水库运行至1989年后,大坝因产生不均匀沉降,面板出现4条垂直裂缝,2001年对上游钢筋混凝土防渗面板裂缝表面也进行了处理,将裂缝凿成“V”形,缝内灌嵌SR止水填料,目前裂缝补强材料已破损开裂.2.1 渗漏量分析渗流观测点设置在下游坝脚,以混凝土截水墙引入集水井中,采用三角堰测量渗流量.渗漏量观测装置所观测到的渗流量主要有以下两方面的来源:①通过面板的渗漏(包括面板裂缝、周边缝和垂直裂缝的渗漏);②绕趾板下基岩的渗漏.由于趾板混凝土基础在基岩中具有一定的嵌入深度,且坝基基岩本身的透水性较小,运行过程中,通过趾板的渗漏量基本上是稳定的,计算结果为0146L/s.在1982年以前,大坝未浇筑钢筋混凝土面板,仅利用混凝土主垫层进行防渗,依据实测渗漏量资料,对混凝土主垫层综合渗透系数进行反演计算,得出混凝土垫层渗透系数为1155×10-4c m/s. 1983年大坝补做钢筋混凝土防渗面板,防渗性能良好,水位为196176m,根据实测大坝渗漏量,可计算在面板完好时的综合渗透系数,从而计算出通过面板的渗漏量,计算结果见表1.反演所得到的在面板完好时2种防渗材料的综合渗透系数,计算通过面板裂缝的渗漏量,根据实测资料,6年库水位在33时,实测大坝的渗漏量达到了L,由此计算通过面板裂缝的渗漏量约为3L表1 面板及垫层综合渗透系数反演计算结果工况实测渗漏量/(L s-1)面板综合渗透系数/(cm s-1)通过面板渗漏量/(L s-1)未浇钢筋混凝土面板12710—125.47面板运行初期1.50.90×10-61.022.2 裂缝渗流分析根据现场检测,面板裂缝宽为0.2～0.4cm,通过面板裂缝的最大水力比降平均约为5.8,裂缝渗流属达西流.理论计算通过裂缝渗漏量,分别假定裂缝有、无填充物质,计算结果与实测渗漏量进行对比,分析裂缝渗流状况.1.无填充物情况.假定裂缝糙率分别为0.05, 660.10,0.15cm,对通过裂缝的渗漏量进行计算,计算成果见表2.表2 无充填裂缝在不同裂缝糙率情况下渗流计算成果裂缝糙率/c m渗透系数/(cm s-1)雷诺数渗流量/(L s-1)0.055.05E+024.251568.110.103.83E+023.221188.460.152.92E+022.45904.790.059.31E+011.32E+03288.920.107.25E+017.79E+02224.870.156.04E+014.94E+02187.40 2.有填充物情况.对于不均匀的砂砾料,其孔隙率n=0.2～0.3,假定填入裂缝中的细颗粒比较均匀,其孔隙率取n=0.4～0.5,分别选取充填物等效粒径d20分别为0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.07, 0.10c m的情况下,计算裂缝充填物的渗透系数,并最终计算通过裂缝的渗漏量,计算成果见表3和表4.2.3 计算成果分析假定裂缝无充填物质的情况下,计算得到的渗漏量与实测渗漏量相差一个数量级以上,与实际渗流状况不相符.假定裂缝内部有充填物情况下,经不同充填物质类型试算,当选用充填物无粘性土孔隙率为,无粘性土等效粒径=时,与实测得到的渗漏量较接近,通过裂缝渗流的状态为裂缝存在充填物质,通过裂缝的综合渗透系数为04 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2008年12月20019.8m8.7/s7./s.0.4d200.04c m2.4c m/s.表3 充填物在不同孔隙率、等效粒径情况下裂缝渗透系数cm /sn d 20/c m0.010.020.030.040.050.070.100120118E -02714E -02117E -01219E -01416E -01910E -01118E -000.306.2E -022.5E -015.6E -019.9E -011.6E +003.0E +006.2E +000.401.5E -015.9E -011.3E +002.4E +003.7E +007.2E +001.5E +010.452.1E -018.4E -011.9E +003.4E +005.2E +001.0E +012.1E +010.502.9E -011.2E +002.6E +004.6E +007.2E +001.4E +012.9E +01表4 充填物在不同孔隙率、等效粒径情况下裂缝渗漏量L /s nd 20/cm 0.010.020.030.040.050.070.10012001060123015101911143218051710.300.190.77 1.73 3.084.829.4419.260.400.46 1.83 4.117.3111.4222.3845.660.450.65 2.60 5.8510.4016.2531.8665.020.500.893.578.0314.2722.3043.7089.193 结 语通过面板裂缝特征及渗流形态的分析,运用岩体裂隙渗流的有关计算方法,结合工程实例的大坝渗漏量观测资料,对裂缝的渗流状况及渗流形式进行分析与计算,最终确定了防渗面板裂缝的渗流状态,这对面板裂缝采用的防渗处理方法及加固措施提供了重要的依据.参 考 文 献[1]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M ].北京:中国水利水电出版社,2003:48-56.[2]刘杰.土石坝渗流控制理论基础及工程经验教训[M ].北京:中国水利水电出版社,2006:15-24.[3]张嘎,张建民,洪镝.面板堆石坝面板出现裂缝情况下的渗流分析[J ].水利学报,2005,36(4):420-425.[4]王瑞骏,吕海东,李炎隆.裂缝密集型面板渗流的等效准连续介质模型[J ].西北农林科技大学学报(自然科学版),2006,36(12):209-214.[5]刘红岩,王新生,秦四清,等.岩石边坡裂隙渗流的流形元模拟[J ].工程地质学报,2008,16(1):53-58.[6]郁伯铭,徐鹏,陈俊.裂缝网络多孔介质渗流特性研究[J ].西安石油大学学报,2002,22(2):21-25.[7]许国安,武桂生.混凝土防渗墙出现裂缝的渗流分析研究[J ].水力发电,1993,11:31-35.Ana lysis an d Ca lcula t ion on C ra ck ′s Seep of C oncre te Fa ce Sla bS U Yu 2jie 1,ZH AO Hui 2zhen 2,X U Jia 2ha i1(1.Z hejiang Institute of Hydraulics &Estua ry,Hangzhou 310020,China;2.North China Institute of Wa ter Cons e rvancy and Hydroelectri c Po we r,Zheng zh ou 450011,Chi na)Ab stra ct:The seepage contr olling face slab of concrete 2faced rockfill dam is ea sy t o eme rge cracks .T he seep ′s configura tion and f orm of c racks has the direct effect t o t he dam safe ty .M aking use of the m ethod and theory of crack seep in rock,the seep ′s configura ti on and for m of c racks in concrete face slab is analyzed combining with the exa mp l e ,the conditi ons of the s eep of c racks on conc re t e face slab a re de ter m ined .Key wor ds:concrete face sl ab;c racks ;seep calculati on14第29卷第6期苏玉杰等: 混凝土面板裂缝渗流计算与分析 。
基于ABAQUS分析砼面板堆石坝坝后渗流场
基于ABAQUS分析砼面板堆石坝坝后渗流场[摘要]应用ABAQUS软件的位移—孔压单元计算钢筋混凝土面板堆石坝(CFRD,或简称面板坝)坝后渗流场中的各关键要素,解决了复杂边界、多种介质的面板坝稳定渗流问题,并通过实例验证。
[关键词] 面板坝渗流场ABAQUS有很多的方法和有限元软件计算渗流，而有限元软件中计算3D渗流场的有ANSYS、Seep3D和Adina，很少有人用ABAQUS，本文就主要介绍应用ABAQUS计算3D渗流场，并用实例验证。
1、ABAQUS简介ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一[1~2]，拥有不同种类的单元模型、材料模型、分析过程等，可以进行结构的静态与动态分析，其中，位移—孔隙压力单元可模拟固体与流体的相互作用，还可以进行饱和土—非饱和土的变形—渗流计算，不但用于稳定渗流，而且也可以用于超出达西定律的非线性渗流计算，这都可以说明，ABAQUS作为岩土工程分析渗流的专业软件来看待。
2、ABAQUS在饱和—非饱和渗流场中的分析2.1多孔介质中的液体流动在非饱和土中，支配着土壤水在液态下整体转移的是重力和水的表面张力，而在饱和土壤中，引起水分转移的力是重力和水的压力。
Richards等曾在1931年就证明非饱和土中的渗流与饱和土一样符合达西定律和连续方程[3]。
ABAQUS/Standard中处理多孔介质中的流体流动的方式和岩土工程的做法一致[4~5]，将多孔介质视为土、水和气体，土体的体积包括两部分：土颗粒的体积和孔隙的体积，孔隙的体积等于孔隙中液体的体积与气体的体积之和[6~7]，孔隙中的水也包含两部分：一是液体，另一部分是气体。
计算中将网格固定在土架上，气体或液体可流过网格，但要满足流体的连续性方程。
2.2非饱和渗流中的边界问题为了能说明问题，图1给出面板堆石坝的典型边界条件，具体为：图1 面板堆石坝典型边界图（1）S1为已知总水头边界条件，即总水头＝H1，对于已知总水头边界条件，ABAQUS/Standard中指定边界上的孔隙水压力即可即：（2）S2为已知总水头边界条件，即总水头2＝H2，对于已知总水头边界条件，ABAQUS/Standard中指定边界上的孔隙水压力即可，即：（3）S3为不透水边界条件，即通过该边界的流量为零，由于ABAQUS/Standard中默认所有的边界条件是不透水的，因此分析中无须额外设置。