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大石澗水庫非溢流壩段滲流數值模擬分析

摘 要 當前中國的經濟飛速發展,國家對水利行業的投資不斷增加,這就使得中國的水利行業不斷向前發展,中國對大壩的建設要求也不斷增加,標準也越來越高,使得大壩建設需要達到了一個新的高度。但是,當大壩在運行期的時候,經?;嵊齙揭恍┎蝗范ǖ囊蛩?,出現滲漏和邊
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  摘 要   
  當前中國的經濟飛速發展,國家對水利行業的投資不斷增加,這就使得中國的水利行業不斷向前發展,中國對大壩的建設要求也不斷增加,標準也越來越高,使得大壩建設需要達到了一個新的高度。但是,當大壩在運行期的時候,經?;嵊齙揭恍┎蝗范ǖ囊蛩?,出現滲漏和邊坡失穩等一系列問題。碾壓混凝土的滲流成為了一個重要的研究課題。同時,在碾壓混凝土大壩設計的過程中,制定一個比較合理的防滲措施是非常必要的。因此,本文通過對大石澗水庫工程碾壓混凝土大壩的滲流和變形的研究,能夠對水庫建設具有重要的意義。

大石澗水庫非溢流壩段滲流數值模擬分析
  
  本文通過對大石澗水庫右岸在設計水位下和校核洪水位情況下,先利用 ANSYS軟件對該碾壓混凝土重力壩的典型非溢流壩段進行三維有限元模型構建,然后再加上該碾壓混凝土重力壩在設計水位和校核洪水位兩種水位工況下進行滲流數值模擬分析,得到一些數據,對大壩是否采取防滲措施來進行大壩的滲流和穩定分析,通過根據建模計算得出一些數據,在這些數據的基礎上,來對大石澗水庫工程所采取的防滲措施進行整體性分析和評價,對大壩應該采取防滲方案優化提出一些建議,對分析大石澗水庫工程起到了一定的指導作用,同時為以后大壩工程建設進行防滲方案設置和安全性分析提供了一定的基本理論知識和參照。主要結論如下所述:
  
 ?。?)在研究設計水位和校核洪水位兩種工況下,滲透水壓力迅速折減是發生在設置防滲帷幕的地方。由于碾壓混凝土本身具有很好的防滲效果,這就能有效的降低混凝土大壩的揚壓力。同時在壩基設置帷幕灌漿也可以有效降低的大壩本身的滲流壓力,也相應的降低大壩的揚壓力。在分析碾壓混凝土右岸在設計洪水位和校核洪水位在穩定滲流的狀況下,碾壓混凝土的的最大壓應力和位移都在合理的范圍內。
  
 ?。?)通過研究大壩在非穩定滲流情況時,大石澗水庫碾壓混凝土大壩應力和位移變化符合其規定要求,并且它們都在合理的計算范圍之中。
  
  通過本文的研究表明大石澗水庫工程右岸在設計水位和校核洪水位的情況下,通過對滲流場和變形的分析,現在研究的結果可以為該工程的防滲提供一個合理的防滲方案,為該工程的提供一個參考價值。同時該水庫的防滲措施還可以為其他水庫的建設提供指導。
  
  關鍵詞: 碾壓混凝土壩;滲流分析;穩定;變形;大石澗水庫。
     ABSTRACT   
  At present, China's economy is developing at a rapid pace, and the country's investment in the water industry is increasing. This has made China's water conservancy industry continue to develop. China's demand for dam construction is also increasing, and standards are getting higher and higher. Building a dam needs to reach a new height.
  
  However, when the dam is in operation, it often encounters some uncertain factors, which causes a series of problems such as seepage and slope instability. The seepage of RCC has become an important research topic. Therefore, the seepage of RCC has become a popular phenomenon in China. At the same time, in the process of designing RCC dams, it isnecessary to develop a reasonable anti-seepage measure. Therefore, the study of seepage and deformation of RCC dam in Da Shi Jian Reservoir Project can be of great significanceto reservoir construction.
  
  Based on the design of the water level and the check flood level on the right bank of Da Shi Jian Reservoir, this paper firstly constructs a three-dimensional finite element model of the typical non-overflow dam section of the RCC gravity dam by ANSYS software, and then adds the mill. The concrete gravity dam is subjected to numerical simulation analysis of seepage under the two water level conditions of design water level and check flood level,and some data are obtained. Whether the dam is subjected to anti-seepage measures for seepage and stability analysis of the dam, according to modeling Calculate some data. On the basis of these data, the overall analysis and evaluation of the anti-seepage measures adopted by the Da Shi Jian Reservoir Project should be carried out. Some suggestions should be made for the optimization of the dam to prevent the seepage. The project has played a certain guiding role, and at the same time provided some basic theoretical knowledge and reference for the anti-seepage scheme setting and safety analysis of the dam project construction. The main conclusions are as follows:
  
  (1) Under the two conditions of research design water level and check flood level, the rapid reduction of osmotic water pressure occurs in the place where the anti-seepage curtain is installed. Since the RCC itself has a good anti-seepage effect, this can effectively reduce the lifting pressure of the concrete dam. At the same time, the curtain grouting on the dam foundation can also effectively reduce the seepage pressure of the dam itself, and correspondingly reduce the dam pressure. In the analysis of the design flood level and the check flood level in the right bank of the RCC, the maximum compressive stress and displacement of the RCC are within a reasonable range.
  
  (2) By studying the dam's unsteady seepage, the stress and displacement of the RCC dam in Da Shi Jian reservoir meet the requirements of the regulations, and they are allwithin reasonable calculation range.
  
  Through the research in this paper, the analysis of the seepage field and deformation by the analysis of the seepage field and deformation under the condition of designing the water level and checking the flood level on the right bank of the Da Shi Jian reservoir project can provide a reasonable anti-seepage solution for the seepage prevention of the project. Provide a reference value for the project. At the same time, the reservoir's anti-seepage measures can also provide guidance for the construction of other reservoirs.
  
  KEYWORDS: RCC dam; Seepage analysis; Stable; Deformation; Da Shi Jian reservoir。
     1 緒論
  
  1.1 研究背景和意義。
  

  隨著我國水利工程建設的不斷發展,碾壓混凝土的施工技術成為了大壩施工的重要技術之一,碾壓混凝土施工技術的應用具有很多優勢,不僅能夠保證大壩施工的工程質量和安全,還能夠有效的減少施工成本、施工時間。碾壓混凝土壩的出現,很快地在全世界范圍內迅速得到了推廣。正是由于這些新設備、新材料、新工藝等這些筑壩因素的不斷發展,使得碾壓混凝土壩在不同地區和不同環境下修建成為了可能[1]。
  
  碾壓混凝土壩碾壓混凝土的結構特點與一般混凝土的結構特點不同,這就使得碾壓混凝土和一般混凝土的滲流特點不同。碾壓混凝土大壩蓄水后,上游水體滲透到大壩之中,由于碾壓混凝土是薄層碾壓而成的,這就使得層面之間之間[2]膠結不好,就會出現相對薄弱面,從而成為大壩的滲水通道,降低了大壩的強度和穩定。碾壓混凝土層與層之間結合是壩體防滲的薄弱部位[3],層面結合的好壞影響大壩防滲能力情況的好壞的關鍵因素。碾壓混凝土層面薄弱面可能發展成為滲流通道,成為影響抗滑穩定的關鍵部位[4],對碾壓混凝土壩強度和安全造成重要影響。我們都知道,在大壩和壩肩之間結合處也是一個非常薄弱的地方,因為在它們之間結合處很容易出現滲漏,從而導致大壩的穩定性被破壞。所以,應該認真了解碾壓混凝土壩的滲流原理,從位移和變形這兩個方面來研究大壩的滲流現象,從而有利于大壩安全和穩定,防止工程事故的發生。因此,當前在我國水利工程中重要的研究方向就是研究碾壓混凝土大壩滲流,并且刻不容緩。希望能夠為以后大壩建設防滲提供重要的依據。
  
  規劃建設大石澗水庫位于渡洋河中上游,壩址位于回春河、南大河交匯處,大石澗村附近,距三門峽市 45km,距陜縣約 41km,水庫規劃為向陜縣的店子鄉、宮前鄉、觀音堂鎮、西李村鄉四個鄉鎮的 10 萬畝農田農業灌溉供水,并可起到攔 洪滯蓄作用。
  
  水庫控制流域面積 173km2,設計洪水標準為 50 年一遇,500 年一遇洪水校核。大石澗水庫工程為中型水庫,總庫容 3309 萬 m3,興利庫容 2081 萬 m3。大壩為碾壓混凝土重力壩,壩頂長度 295.0m。大壩由擋水壩段和溢流壩段組成,共分 14 個壩段,其中泄流壩段 64.0m,左岸擋水壩段 122.5m,右岸擋水壩段 108.5m。壩頂高程 609.9m,壩頂寬 6.0m,大壩建基面高程 541.0m,最大壩高 68.9m。
  
  渡洋河流域地處三門峽市陜縣和洛陽市洛寧縣,流域內山高溝深,地形起伏較大,耕地面積較少,壩址以上無中小型水庫,只有少數用于生活、生產、旅游等的小型蓄引水工程,其耗水量小,對下游年徑流和洪水影響很小。規劃大石澗灌區灌溉面積 10萬畝,其中約 50%面積可利用地下水、河道徑流及堰塘蓄水灌溉,但灌溉保證率低,無法滿足煙葉種植需要。其余 50%完全無灌溉條件。
  
  目前,地表水資源開發利用率較低。現有中小型水庫數量少、水量小,灌溉范圍小,其他支流匯水面積均較小,水量有限。從河道水源分析,渡洋河為較大支流,其中陜縣境內流域面積 219km2,尚無蓄水工程,上游無污染,水質較好。北部宮前鄉、菜園鄉、觀音堂鄉等缺乏灌溉水源,在渡洋河上修建大石澗水庫調配水量,可緩解該區域生活和農業的缺水問題。對保障鄉鎮飲水質量,改善農業生產條件十分必要。
  
  該項目研究的意義在于:大石澗水庫建設對影響區的地下水環境改變、壩肩繞滲是工程設計和運行管理兩個關鍵問題。其中,滲流問題對于水庫大壩的滲漏和安全穩定的影響較為復雜,其主要方面涉及到壩體和壩基滲流、壩肩的繞滲、水庫滲漏[5]等.壩體防滲結構的不合理設計會使得層面具有過大的滲透水量從而影響壩體下游面的美觀及耐久性,同時防滲結構設計的不合理還會導致壩基及壩體揚壓力大于允許值而威脅到大壩的抗滑穩定[6].本文以大石澗水庫的滲流與變形分析為研究內容,重點來研究大石澗水庫碾壓混凝土滲流的穩定性。當大石澗水庫投入生產運行后,滲流情況將不可避免的會出現,所以我們應該將滲流控制在一個合理的使用范圍內,只有這樣才能有效的保證大石澗水庫大壩的安全。本文以大石澗水庫的碾壓混凝土重力壩為具體工程實例,通過使用 ANSYS 對大壩進行三維有限元建模,研究碾壓混凝土大壩和壩肩的滲流特性,為該水庫大壩的提供防滲措施,防滲措施的合理選擇對工程的安全和投資具有重要的意義。同時,也對大壩所在的工程區周邊地下水資源影響十分重要的。通過對大石澗水庫滲流和變形分析,能夠為以后類似水利工程的建設提供重要的參考,同時也為水利工程學術提供理論價值,拓寬了設計思路。
     【由于本篇文章為碩士論文,如需全文請點擊底部下載全文鏈接】
  
  1.2 國內外研究現狀
  
  1.3 主要研究內容和技術路線

  1.3.1 主要研究內容
  1.3.2 技術路線
  
  2 大石澗水庫大壩工程概況與設計方案
  
  2.1 工程概況
  
  2.2 工程地質條件分析

  2.2.1 地形地貌
  2.2.2 地層巖性
  2.2.3 地質構造
  2.2.4 水庫庫區工程地質問題
  
  2.3 大壩設計方案
  2.3.1 設計依據
  2.3.2 大壩設計方案
  
  2.4 建筑物選型
  2.4.1 壩型選擇
  
  3 滲流分析的基本理論和主要方法
  
  3.1 滲流基本理論

  3.1.1 滲流基本概念
  3.1.2 達西定律
  3.1.3 滲流連續方程
  3.1.4 滲流基本微分方程
  
  3.2 滲流分析的方法
  
  4 大壩滲流與變形分析
  
  4.1 有限元模型
  
  4.2 計算條件與計算參數

  4.2.1 計算條件
  4.2.2 計算參數
  4.2.3 邊界條件
  
  4.3 滲流場計算成果

  4.4 應力場與位移場計算成果分析

  4.5 大壩穩定性評價

  
  5 大壩右岸在非穩定工況下的滲流與變形
  
  5.1 計算條件與計算參數

  5.1.1 計算條件
  5.1.2 計算參數
  
  5.2 非穩定滲流場計算成果分析
  5.2.1 右岸水位變化對大壩的影響
  
  5.3 應力場與位移場計算成果分析
  5.3.1 大壩右岸接合處應力與變形情況
  
  5.4 大壩穩定性評價

广西快乐双彩走势图软件下载 www.wbtzv.com   6 結論

  眾所周知,在水利工程中大壩建設之中,大壩能夠安全穩定運行非常重要這就需要我們在設計過程中,需要謹慎的去設計,盡可能考慮該考慮的。但是我們會發現滲流穩定對大壩的安全穩定運行造成嚴重的困擾。所以,我們需要研究滲流穩定對大壩的影響。

  目前根據現有的統計,在現有的工程實踐當中有很大一部分大壩都存在滲漏問題,還有很多不確定因素,這就使得很多大壩長期存在安全隱患,這些隱患積少成多就會造成嚴重的人身和財產損失。為了避免此類問題的發生我們需要多滲流進行更深入的研究,重要的是目前現有工程極為迫切需要。本文以大石澗水庫碾壓混凝土大壩滲流與變形分析為研究課題,構建三維有限元模型,考慮在該水庫設計水位和校核洪水位兩種水位工況下進行滲流模擬計算,對大石澗水庫碾壓混凝土壩的穩定、非穩定滲流場和應力、位移場進行了計算分析,到以下幾點主要結論:

 ?。?)在利用 ANSYS 軟件進行碾壓混凝土大壩的三維建模分析時,考慮到設計水位和洪水位兩種工況下,得出的應力變形和位移分析符合一般規律。這說明我們所建立的模型能夠真實的反應大壩的滲流情況。同時也說明大壩得防滲方案能夠滿足大壩得滲流要求。因此大壩的安全和穩定能夠得到了保障。

 ?。?)通過模擬壩肩的滲流情況得出的一些結論:眾所周知碾壓混凝土大壩本身對水流滲透性就比較小,再加上在壩基底部設有帷幕灌漿,所以通過大壩壩體的水流就很少,這樣大壩所受的滲透壓力也就比較小降低了混凝土大壩的揚壓力,再加上在壩基底部設有帷幕灌漿,這樣就更能夠減少滲流壓力,帷幕灌漿前和帷幕灌漿后所受的滲透壓力明顯不一樣,說明設置帷幕灌漿的能夠有效減少滲透壓力。

  致 謝

  參考文獻

    高甲. 大石澗水庫工程有限元滲流分析[D].華北水利水電大學,2019. 點擊下載全文 轉載請注明來源。原文地址://www.wbtzv.com/html/zhlw/20191202/8221259.html   

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