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。