毕业设计_堆石坝渗流分析数值模拟GEOstudio
Geostudio软件在土坝渗流稳定分析中的应用
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设计施工
水利规划与设计
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水利规划与设计
设计施工
Z6YM9+[RY 软件在土坝渗流稳定分析中的应用
林悦奇
" 广东省水利水电科学研究院# 广东 广州 5#"(%5$
摘要 均质土坝的渗流问题和坝坡稳定问题是影响大坝安全的关键所在 文章以从化某水库的土坝为例 详细介 绍了采用 S&465QT$4软件中的 6&&)<%模块和 6[4)&<%模块对土坝进行渗 流 稳 定 分 析 包 括 建 模 模 型 率 定 验 证 计 算结果分析及使用经验总结 为同类型工程大坝渗流稳定安全评价提供参考 关键词 Mdh,e@W+h 土坝渗流 坝坡稳定 中图分类号 23!!%&01111文献标识码 41111文章编号 #(.!/!0('"!"#$$"%/"#50/"5
基于GeoStudio的土石坝坝体渗流与边坡稳定分析
基于Geo-Studio的土石坝坝体渗流与边坡稳定分析李振宇（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110020）［摘要］抗滑稳定性分析是土石坝设计过程中的重要内容。
文章以锦凌水库左岸土石坝为研究对象，利用Geo-studio软件中的Seep/w和Slope/w模块对大坝进行渗流分析与边坡稳定分析，结果显示，左岸土石坝不同工况下的边坡最小抗滑稳定安全系数满足规范要求。
［关键词］Geo-Studio；土石坝；渗流分析；边坡稳定性分析［中图分类号］TV698.2+33；TV641［文献标识码］A［文章编号］1002—0624（2019）04—0003—03Geo-Studio软件是一款面向工程设计领域的仿真分析软件，是美国GEO-SLOPE公司开发的工程分析软件[1]。
该软件主要由应力变形分析模块（Sigma/w）、地下水渗流分析模块（Seep/w）和边坡稳定分析模块（Slope/w）等诸多限元分析子模块构成[2]。
其中，Seep/w模块的主要功能是对非饱和和不均匀饱和条件下的孔隙水压力和水运动情况进行分析，进而通过渗流有限元计算进行稳态和瞬态分析；Seep/w是软件中的边坡稳定性分析模块，其主要特征是可同时采用八种方法对各种边坡稳定性问题展开分析。
同时，这些子模块具有高度兼容性，可以在同一操作界面运行，以便用户可以同时对水利工程问题如渗流、稳定、应力变形等进行方便、准确的数值模拟分析。
1工程背景锦凌水库工程是辽宁省重点建设的水利工程，坝址位于锦州市太和区后山河营子村的小凌河干流上，下游距锦州市中心9.5km，水库总库容8.08×108m3，主要承担锦州市的防洪和供水任务，同时并兼顾改善地下水环境，一座综合性大（2）型水利工程[3]。
锦凌水库枢纽是以土坝为基本坝型的混合坝，主要由挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段、引水坝段及连接建筑物构成[4]。
大坝坝顶高程164.80m，最大坝高91.5m，坝长1148.0m[5]。
土石坝的渗流特性分析及数值模拟
ｔＤＯＩｌｌＯ．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１８．１ １．０４０
１ 渗 流分析基本理论
１．１ 渗 流基 本概 念 所谓渗流 ，其实就是流体流动 的过程中经过了多孔介质 ，
在对土石坝渗流分析 的过程 中 ，流体 实质就是水 流 ，而土石坝 结构的相关缝隙、空隙等构成了多孔介质。造成渗流现象的原 因有 ２个 ：
ｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｂａｓ ｉｓｏｆＳＥＥＰ／Ｗ ｍｏｄｕｌｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅ，ａｎｄｔ ｈ ｅ ｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎ
ｔ ｈ ｅＳＬＯＰＥＡＶｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈａｖｏｉｄｅ ｄ ｔ ｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｓｅｅｐａｇｅｆａｉｌｕｒｅ，ｒｅｄｕｃｅｄｔ ｈ ｅｌｏｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｌｅａｋａｇｅ，ａ ｎ ｄｇｕａｒａｎｔｅｅｄｔ ｈｅ
市政·交通 ·水利工程设计 ｌ
胁 ·嘶 ‘Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｃｅｅｓ·Ｅｎｅｉａｅ＊ｒｌｎｇｌｋｓ ｌ
土石坝 的渗 流特 性分析及数值模拟
Ｓｅｅｐａｇｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅａｒｔｈ．Ｒｏｃｋ Ｄａｍ
占文婷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（中国电建集团贵阳勘测设计研究 院有 限公 司，贵阳 ５５００８１）
ＺＨＡＮ Ｗ ｅｎ－ｌｉｎｇ
（Ｐｏｗｅｒ Ｃｈｉｎａ Ｇｕｉｙａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｄｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００８１，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】对渗 流基本概念及 多孔介质特性进行 了阐述，通过工程实例，以 ｓ髓 Ｐ，ｗ模块 为基础进行渗 流分析 ，并对基于
Geostudio关于土石坝计算工程问题
Geostudio关于土石坝计算工程问题一、目前大坝安全评价中经常用到Geo-studio软件计算大坝渗流稳定性、坝坡抗滑稳定。
1、渗流计算和坝坡稳定计算，计算参数如何选取？答：对于渗流计算，需要知道土层的渗透系数，现场取样，室内进行渗透试验可得到该参数；对于稳定性计算，需要得到土层抗剪强度参数（粘聚力，内摩擦角），现场取样，室内进行三轴试验可得到该参数。
2、渗流计算主要结果与分析答：通过渗流计算主要得到坝体内浸润线、坝体单宽渗流量和最大水力比降三个结果，通过分析这三个结果，对坝体渗流安全进行复核，验算大坝是否存在管涌和潜蚀可能性，同时得到坝内浸润线为坝坡稳定性计算提供水位边界条件参数。
3、坝坡抗滑稳定性计算主要工况答：稳定性计算分两大类三种工况，每一类计算工况下对应的坝坡抗滑稳定计算安全系数应符合相关规范要求，其中正常运行条件是指水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位的稳定渗流期，非常运用条件I是指校核洪水位有可能形成的稳定渗流情况，非常运用条件II是指地震工况（即抗震安全复核）。
二、目前水库大坝安全评价依托的规范是《水库大坝安全评价导则》1、《水库大坝安全评价导则》中说明的水库大坝安全评价内容答：工程质量评价、运行管理评价、防洪能力复核、渗流安全评价、结构安全评价、抗震安全评价、金属结构安全评价以及大坝安全综合评价。
三、Seep计算问题1、计算结果的等势线在浸润线以上还存在？答：因软件认为浸润线以上存在非饱和区，故存在等势线，修改方法，将图复制到visio中，取消组合，删除浸润线以上等势线即可，如下图所示。
2、单宽渗流量与设置的渗流线有关，该怎么设置渗流线合理？答：软件认为浸润线以上是非饱和区，也存在渗流和等势线水位，与实际不符合的，因此，渗流线绘制时应略高于浸润线即可，得到的单宽渗流量符合实际。
3、计算土石坝，浸润线不合理？答：检查上下游边界条件和土层参数，坝体内不透水料设置非饱和参数，得到浸润线较合理。
基于Geostudio土石坝渗流稳定分析
基于Geostudio土石坝渗流稳定分析邹韬;张本权;左恒奕【摘要】土石坝的渗流问题和坝坡稳定问题对大坝安全至关重要,以我国西南某水库的土石坝为例,采用Geostudio软件中的SEEP/W模块和SLOPE/W模块对土石坝进行渗流稳定分析,以期为同类型工程大坝渗流稳定安全评价提供参考.【期刊名称】《水利科技与经济》【年(卷),期】2018(024)010【总页数】6页(P12-17)【关键词】Geostudio;土坝渗流;坝坡稳定【作者】邹韬;张本权;左恒奕【作者单位】三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002;福建省水利水电工程局有限公司,福建泉州 362000;贵州省水投水务集团有限公司,贵阳 550002【正文语种】中文【中图分类】TV2221 概述土石坝工程有施工简便、料源丰富、地质条件要求低、造价便宜等诸多优势，因此成建数量极多，约占建坝总数的95%以上，是水利水电工程中极为重要的一种坝型。
由于土石坝施工工艺特点，其渗流问题和坝坡稳定问题是影响大坝安全的关键所在[1]。
当渗流流速或渗透比降高于某固定限值时，可能发生坝体或坝基岩土体变形。
目前，土坝渗流分析及坝坡稳定分析大多采用有限元方法[2]。
本文以我国西南某水库为例，用 Geostudio 对大坝进行有限元渗流稳定分析，以期为同类型工程的渗流稳定计算提供参考。
2 工程概况该水库位于澜沧江中下游河段，属于大型水库，大坝为心墙堆石坝，正常蓄水位812.00 m，设计洪水位(P=0.1%)810.90 m，校核洪水位(P=0.02%)817.99 m。
大坝最大坝高261.5 m，坝顶高程821.50 m，坝顶宽18 m，上游坝坡坡度1∶1.9，下游坝坡坡度1∶1.8。
3 计算原理3.1 SEEP/W 模块SEEP/W模块是GeoStudio软件的模块之一，SEEP/W 软件适用于分析岩土体地下水渗流和超孔隙水压力消散问题。
它可以便捷分析各种工况的饱和渗流、非饱和渗流、稳态渗流、瞬态渗流等，可以定义渗流的各项异性，通过瞬态分析，可以得出不同时刻不同点的孔隙水压力分布状况，其结果可以被用于SLOPE/W研究边坡、路堤稳定性随时间变化关系。
基于Geostudio土石坝渗流稳定分析
Ｄｙｎａｍｉｃ ｏｆ Ｓｅｅｐａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｒｏｃｋｆｉｌｌ Ｄａｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
ＺＯＵ Ｔａｏ１ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｂｅｎ － ｑｕａｎ２ ꎬ ＺＵＯ Ｈｅｎｇ － ｙｉ３
１ 概 述
土石坝工程有施工简便、料源丰富、地质条 件要求低、造价便宜等诸多优势ꎬ因此成建数量 极多ꎬ约占建坝总数的 ９５％ 以上ꎬ是水利水电工 程中极为重要的一种坝型ꎮ 由于土石坝施工工 艺特点ꎬ其渗流问题和坝坡稳定问题是影响大坝 安全的关键所在[１] ꎮ 当渗流流速或渗透比降高 于某固定限值时ꎬ可能发生坝体或坝基岩土体变
基于 Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏ 土石坝渗流稳定分析
邹 韬１ꎬ张本权２ꎬ左恒奕３
(１������ 三峡大学 水利与环境学院ꎬ湖北 宜昌 ４４３００２ꎻ ２������ 福建省水利水电工程局有限公司ꎬ福建 泉州 ３６２０００ꎻ ３������ 贵 州省水投水务集团有限公司ꎬ贵阳 ５５０００２)
[摘 要] 土石坝的渗流问题和坝坡稳定问题对大坝安全至关重要ꎬ以我国西南某水库的土 石坝为例ꎬ采用 Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏ 软件中的 ＳＥＥＰ / Ｗ 模块和 ＳＬＯＰＥ / Ｗ 模块对土石坝进行渗流稳定 分析ꎬ以期为同类型工程大坝渗流稳定安全评价提供参考ꎮ [关键词] Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏꎻ 土坝渗流ꎻ 坝坡稳定
[ 收稿日期] ２０１８ － ０６ － ０７ [ 作者简介] 邹 韬(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ河南焦作人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为水利水电工程ꎻ张本权(１９９３ － ) ꎬ男ꎬ广西钦州
人ꎬ工学学士ꎬ主要从事水利水电工程技术管理工作ꎻ左恒奕(１９９４ － ) ꎬ女( 穿青人) ꎬ贵州织金人ꎬ工学学 士ꎬ主要从事给排水工程与水利水电工程管理工作 ������
心墙堆石坝一份完美的毕业设计
心墙堆石坝——一份完美的毕业设计前言在大学的四年里，我们学过很多专业知识，也参加了不少实践活动。
如今，面临即将离校的时刻，我们意识到自己需要以一份毕业设计，来展示自己的专业素质、实践经验以及拓展视野的能力。
在经过周密的考虑和细致的准备之后，本文介绍的设计方案——心墙堆石坝得以诞生。
一、设计的背景和意义心墙堆石坝是一种修建大坝的灵活方案，适用于各种地形复杂的地区。
该方案是在深入调研过程中得出的，我们发现，现有的坝体设计方案在一定程度上存在着诸多限制，比如对于陡峭山脉和山峡地形不适用。
心墙堆石坝在设计层面易于掌控，并可以针对不同的地形和环境进行调整，具有十分灵活的可塑性。
本方案不仅适用于大坝修建，而且可以被广泛应用于水利枢纽、城市防汛工程以及堤防工程等领域。
同时，本方案也可以为环境保护做出巨大贡献。
通过设计堆石坝把原本封堵在山上的潜在危险点转移至谷底河道，最终实现了生态的良性循环。
二、设计思路和过程1. 思路阐述心墙设计方案包含了四个方面的设计，分别是以心墙为核心的石坝设计、对水流影响的分析、生态环境分析以及经济和社会效益分析。
其中，心墙和水流影响是本设计方案的核心。
在心墙的设计过程中，我们采用了平面网格法将心墙抽象为由一条主要竖向链以及一串横向辅助链拼接而成的骨架结构。
这种骨架结构可以根据不同水流特征和地形条件进行调整，达到一个最佳状态。
同时，在经过大量实验和数据分析之后，我们选择了固结式填充材料作为石坝的建材，以确保坝体的稳定性和承重能力。
在水流影响分析方面，我们通过模拟水流的流速和流量，以及水位高度和波动等信息，来分析心墙堆石坝的抗流能力和抗压强度。
通过这些分析，我们可以设计出符合地区实际情况和需求的石坝项目。
2. 方案实施为了实现该设计方案，我们采取了如下步骤：第一步：搜集相关资料和信息，包括地形地貌图、气象信息、流量情况等。
第二步：进行现场考察，测量地形高程和坝体的水平线。
第三步：分析研究前期搜集到的数据和信息，进行模块化设计。
基于Geo-studio软件的山谷水力贮灰场坝体渗流稳定性分析
γ ， γ ′ ， γ m 分别为土体的天然容重，浮容重和饱和容重；
h1i，h2i，h3i 分别为第 i 土条中浸润线以上、浸润线与下游水位之间和下游水
位以下土条的高度；
αi 为第 i 土条滑弧面中心和瞬时滑弧圆心连线与垂线之间的夹角。
2 计算模型及材料参数 2.1 数值计算模型 计算模型为初期坝、各级子坝、库内灰渣等构成的整个灰场坝体边坡，如下
注：表中 c，φ为有效应力指标。
3 计算分析 本次研究中对已建成的坝体及规划建设的坝体按坝前无干滩、 坝前有不同长 度干滩，并分别对应坝体排水支滤层完好、堵塞的工况进行了计算。详细计算工 况见表 3-1，表中打“√”者表示与之对应的工况内容。
表 3-1 渗流计算工况 工况 坝体标高 238.00（三级子坝） 244.00（三级子坝） 250.00（三级子坝） 256.00（三级子坝） 0 √ √ √ √ 干滩长度（m） 30 √ √ √ √ 60 √ √ √ √ 100 √ √ √ √ 排水反滤层及防渗膜 完好 √ √ √ √ 破坏 √ √ √ √
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坝体计算分析
渗流分析
模型建立和参数取值
坝顶的结构有所简化，防浪墙相对坝体的较小，为了避免由于划分单元格的缘故，而出现计算结果的不合理，将其简化，把坝顶高度提升到防浪墙相应高程。
这样的简化将不会对渗透计算造成影响。
上下游的护坡材料，由于渗透性很大，且厚度较小，也做简化处理。
对于坝基，上部为灰岩，下部为泥岩，属相对不透水层，为准确模拟坝址处实际渗流情况，将坝基分别向上下游延伸约45m，坝基深到400m高程处。
河床底高程418m，开挖到弱风化层高程为417m，修建大坝后，上下游需回填至原地面高程，为简化模型，回填部分在渗流模块中略去。
材料的渗透系数为渗流分析的关键性参数，参考相关文献获得个材料的渗透系数，材料参数取值表5-1。
在模型中材料定义时，由于基岩始终处于饱和状态，采用饱和渗透率即可。
其余四种材料渗透特性使用饱和非饱和材料模型，输入渗透函数，渗透函数末端为估计值。
对于材料渗透性的各向异性，规范建议计算渗流量时采用土层渗透系数的大值平均，计算水位降落时的水位线采用小值平均。
由于使用有限元软件计算方便，渗透系数的各向异性可以设置，能够准确计算。
对于坝壳料和过渡区考虑分层填筑的缘故，和各施工层面接触不良好的影响，结合经验取值0.2。
表5-1材料渗透参数（单位：cm/s）
分析方式为稳态分析，包含以下三种工况：上游正常蓄水位对应的下游相应最低水位、上游设计洪水位对应的下游相应水位、上游校核洪水位对应的下游水位。
对于规范要求的库水位降落时的上游坝坡稳定最不利的情况，这是一个瞬态分析过程，由于掌握的用水资料不足同时时间紧迫，而没有计算这种情况。
有限元计算结果
正常蓄水位稳定渗流分析，图5-1为总水头等势线分布图，从图中可以看出，浸润线在沥青混凝土心墙部位快速降落到相对较低水位，浸润线到下游坝壳平稳过渡，在坡脚较低高程岀溢。
经过沥青心墙后势能极大的减小，等势线整体分布
合理，有限元计算结果与工程经验相吻合。
图5-2为孔隙水压力分布图。
图5-1正常蓄水位总水头等势线分布图
图5-2正常水位孔隙水压力分布图
对于其他两种工况设计洪水位和校核洪水位，也做了详细的渗流分析计算。
计算结果绘制的云图，比较详细，就不再一一罗列。
对于坝体中的最高水力坡降、渗流量、流速的相关信息，也从计算中可以获得，表5-2为相应的计算成果。
表5-2渗流分析计算成果
渗透稳定分析
从渗透分析的结果中可以了解到，坝体的渗漏量是非常微小的，渗透途径主要是绕过防渗墙和防渗帷幕，进行微量渗漏，渗径较长。
最大水力坡降约为16，
主要出现在心墙部位。
渗透稳定分析的对象一般有坝壳料、渗流岀溢处的基岩。
坝壳料采用的是堆石，从设计的级配曲线中可以看出堆石料中细粒含量低于5%，主要以粗颗粒为主，并且级配良好，发生渗透破坏的可能非常小，所以省略了渗透稳定的判定。
如有条件做渗透稳定实验进行核实，是作为有效的方法。
对于渗流岀溢点渗透稳定判别，也省略了。
考虑到坝基为基岩并且开挖到了强风化下限，整体稳定性较好，设计中添加了反滤层，所以发生渗透破坏的可能性也较低，因而省略了该过程。