心墻壩浸潤線簡化計算方法

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總結(jié)，對今后大壩的加固及設(shè)計，安好鑒定具有重要的指導(dǎo)作用[7]。

在舉行水庫大壩除險加固方案比選[8]時，采用有限元法計算壩體浸潤線位置時需要建立相應(yīng)的有限元模型，顯得不夠便當(dāng)，水力學(xué)計算公式[9]具有確定的適用范圍，精度有時不能得志要求，因此對壩體除險加固前后浸潤線位置[10]舉行量化分析并確定浸潤線位置的數(shù)值方程可以更加便當(dāng)快捷地對土石壩的滲流安好穩(wěn)定[11]舉行評價分析，從而初步確定水庫大壩的除險加固方案。本文針對采用劈裂灌漿或者防滲墻加固的一般心墻壩，在提出閱歷公式的根基上，考慮壩體與防滲墻的相對滲透系數(shù)關(guān)系，給出浸潤線位置的擬合公式[12]。由于白鴨山水庫大壩為對比典型的采用劈裂灌漿舉行除險加固的心墻壩，故利用其在除險加固前后的浸潤線位置對該擬合公式舉行了復(fù)核，以驗證該公式的合理性及普遍適用性。

1公式選取

研究說明[13]，大壩浸潤線性態(tài)的變化過程具有和S型曲線類似的特征。利用數(shù)學(xué)工具Origin對各類S曲線舉行研究，察覺Growth/Sigmoidal模型與浸潤線位置的變化過程較為吻合，其表達式為：

y=A1+（A2-A1）

p1+10（logx01-x）h1+1-p1+10（logx02-x）h2

（1）

式中：x為自變量；y為因變量；A1、A2、p為與壩體填筑材料和心墻的滲透系數(shù)比值有關(guān)的函數(shù)；logx01、logx02、h1、h2為常數(shù)。

根據(jù)浸潤線位置的變化特點，將Growth/Sigmoidal公式提升為：

y=H-A1+（A1-A2）

p1+10（logx01-x）h1+1-p1+10（logx02-x）h2

（2）

式中：x為橫向坐標(biāo)（在壩軸線處x=0，上游指向下游為正方向）；y為相應(yīng)點的浸潤線高程；H為壩體上游水位高程；A1、A2、p為與壩體填筑材料和心墻的滲透系數(shù)比值有關(guān)的函數(shù)；logx01、logx02、h1、h2為常數(shù)。

現(xiàn)對一般的心墻壩典型斷面舉行計算分析。假想心墻壩加固前后典型斷面見圖1，加固措施采用劈裂灌漿或防滲墻加固。

心墻壩在計算時建立如下的坐標(biāo)系：以大壩壩頂中點為坐標(biāo)原點，取X軸為上下游方向，上游指向下游為正；Y軸為垂直方向，向上為正，與高程一致，壩頂高程取為363m。上游水位定為32m。

由于心墻壩在除險加固前后最直接的變化是加固后心墻的滲透系數(shù)遠小于其周邊材料的滲透系數(shù)，且加固之前原始心墻已失效，因此可近似認為浸潤線的降低與壩體填筑材料和心墻的相對滲透系數(shù)的比值m有很大關(guān)系?，F(xiàn)分別對m為10、50、100、200的處境舉行研究，有限元法能夠較為精確地計算壩體浸潤線位置（圖2），故依據(jù)有限元計算所得到的浸潤線位置來擬合式（2）中的參數(shù)，擬合得到參數(shù)logx01=00803，logx02=31775，h1=606054，h2=002101，A1、A2、p分別由式（3）-式（5）求得。四組m參數(shù)對應(yīng)的擬合曲線見圖2，曲線擬合R2分別為09980、09955、09943、09950，可見擬合效果較好。

A1=1-0.19552-0.00123m

（3）

A2=28.80885+6.44628exp-m114.58878+2.89113exp-m4.46062

（4）

p=059161-014704exp-m04547-

045474exp-m18.013118

（5）2實例分析

白鴨山水庫位于信陽市新縣箭廠河鄉(xiāng)、長江一級支流倒水河上，是一座以防洪、澆灌功能為主，兼水產(chǎn)品養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫。2022年對白鴨山水庫舉行安好評價，察覺其主要問題為：壩體防滲心墻高程不得志模范設(shè)計要求；大壩心墻填筑材料不合格，填筑質(zhì)量差，干密度大片面未達成設(shè)計要求；大壩心墻填筑質(zhì)量差，滲透系數(shù)偏大，滲流安好性為C級，不得志設(shè)計要求。因此鑒定白鴨山水庫為三類壩。據(jù)此，對白鴨山水庫舉行了除險加固初步設(shè)計，采用以劈裂灌漿和水泥土攪拌樁防滲墻接高為主的防滲加固體系。加固前后壩體典型斷面布局圖見圖3。通過對壩體典型斷面和地質(zhì)資料的分析，建立典型斷面的有限元模型，并由材料特性區(qū)分出壩體、壩基巖體等材料分區(qū)，取順河流方向為X軸，下游為正向；取垂直方向為Y軸，向上為正向，坐標(biāo)與高程一致。壩基巖體和壩體各主要料區(qū)滲透參數(shù)見表1。

通過有限元計算分析，正常蓄水位處境下白鴨山水庫大壩在加固前后的滲流場分別見圖4和圖5。

白鴨山水庫大壩屬于典型的采用劈裂灌漿舉行除險加固的心墻壩，故可采用上述擬合公式舉行驗證。在正常蓄水位處境下，劈裂灌漿處周邊壩體填筑材料的滲透系數(shù)與心墻滲透系數(shù)的比值m在除險加固前后分別為1和400，上游水位高程為20700m。利用提升的公式，加固前后壩體的浸潤線方程分別為式（6）和式（7），擬合曲線見圖6。曲線擬合R2分別為09976和09968，擬合效果較好。

y=207+5.082559-42.59237×

0.010451+106.06054（0.0803-x）+0.989551+100.02101（31.775-x）

（6）

y=207+1.4545-30.45982×

0.576271+106.06054（0.0803-x）+0.989551+100.02101（31.775-x）

（7）

3結(jié)語

本文利用Grouth/Sigmoidal公式的修改公式，對白鴨山水庫在除險加固前后的浸潤線方程舉行了計算分析，在確定上游水位高程以及壩體填筑料與劈裂灌漿或防滲墻的滲透系數(shù)比值后可根據(jù)提出的擬合公式計算出浸潤線的方程。通過與采用有限元分析計算所得到的成果舉行比較分析，結(jié)果說明本文提出的估算心墻壩壩體浸潤線的簡化計算方法能夠較好地模擬心墻壩在除險加固前后浸潤線位置的變更，精度得志要求，具有較好的普遍適用性。且該簡化計算方法能夠