兩河口心墻堆石壩工程滲流計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15862兩河口心墻堆石壩工程滲流計(jì)算案例 1115231.1有限元模型建立 147181.2滲流計(jì)算原理 2307651.3計(jì)算參數(shù) 3153241.4計(jì)算工況 3115761.5計(jì)算結(jié)果 41.1有限元模型建立本次設(shè)計(jì)中，對(duì)兩河口心墻堆石壩整個(gè)壩體進(jìn)行了完全的模擬，根據(jù)壩體最大斷面，在CAD中對(duì)大壩剖面進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，在ANSYS中拉伸建出整個(gè)壩體的模型并再對(duì)壩體進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?。本設(shè)計(jì)使用ANSYS軟件對(duì)堆石壩進(jìn)行了三維建模，得到的三維有限元模型一共有148266個(gè)單元，146961個(gè)節(jié)點(diǎn)，該有限元模型單元的選擇為，主要采用的單元為8結(jié)點(diǎn)6面體，部分采用了棱柱體單元，采用棱柱體單元主要是為了適應(yīng)邊界的過渡。在堆石壩的應(yīng)力變形仿真計(jì)算中，本設(shè)計(jì)大壩堆石體材料的本構(gòu)關(guān)系采用的模型是鄧肯E-B模型。通過ANSYS軟件建立的兩河口心墻堆石壩的三維有限元模型如圖1.1所示，心墻體三維有限元模型如圖1.2所示，三維壩體剖面的填筑材料分區(qū)如圖1.3所示。圖1.1兩河口心墻堆石壩三維有限元模型圖1.2心墻體三維有限元模型圖1.3三維壩體剖面材料分區(qū)1.2滲流計(jì)算原理假設(shè)在非飽和土中，達(dá)西定律仍然是存在的，并且當(dāng)時(shí)間變化時(shí)，孔隙氣壓力不會(huì)因此而產(chǎn)生變化，并且對(duì)于土結(jié)構(gòu)平衡條件和不同流體流動(dòng)之間的相互作用可以不用考慮，綜上，就可以得到當(dāng)?shù)叵滤欠€(wěn)定滲流流經(jīng)飽和區(qū)與非飽和區(qū)時(shí)的控制方程[14]：??x穩(wěn)態(tài)滲流即水頭H不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化時(shí)，則根據(jù)（1.1）能夠得到地下水穩(wěn)態(tài)滲流的控制方程：??x式中，H為水頭，y為位置水頭；kx、ky為x、y方向的滲透系數(shù)；Q為微元體邊界流量；mw為體積含水量變化系數(shù)；1.3計(jì)算參數(shù)本設(shè)計(jì)中滲流計(jì)算的計(jì)算參數(shù)如表5.1所示表1.1材料滲透系數(shù)材料名稱滲透系數(shù)K（cm/s）心墻料5×10-6反濾層15×10-3反濾層25×10-2過渡層3×10-1堆石區(qū)3×10-11.4計(jì)算工況水體在土體中流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生水頭損失，主要是因?yàn)樗w在土體中流動(dòng)時(shí)，土顆粒會(huì)對(duì)水體有阻礙作用，對(duì)水體產(chǎn)生了阻力，而由牛頓第三定律即作用力與反作用力的原理可以知道，相應(yīng)于水體受到的來自土顆粒的阻力，水體流經(jīng)的地方也會(huì)對(duì)土體顆粒施加一種滲透體積力，這種滲透體積力會(huì)對(duì)壩體的穩(wěn)定和應(yīng)力變形起很大的作用，為了真實(shí)地模擬壩體的應(yīng)力變形狀態(tài)，考慮水庫蓄水全過程，為后期進(jìn)行壩體流固耦合分析計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，需要選取多個(gè)蓄水高程，分別對(duì)這些蓄水高程進(jìn)行穩(wěn)定滲流分析。在上游水位中選取13個(gè)水位高程作為本設(shè)計(jì)有限元穩(wěn)定滲流計(jì)算工況，具體見表1.2。下游水位取2595m。表1.2上下游水位對(duì)應(yīng)表序號(hào)上游水位下游水位12605259522678259532685259542693259552742259562785（死水位）2595727902595828082595928202595102832259511284425951228532595132865（正常蓄水位）2595針對(duì)蓄水過程，列出2678m、2785m、2865m三個(gè)水位的計(jì)算結(jié)果。1.5計(jì)算結(jié)果經(jīng)三維有限元法計(jì)算，選取有限元網(wǎng)格z方向處于最中間的一層網(wǎng)格作為最大斷面進(jìn)行分析整理，各水位下心墻削減水頭百分率如表1.3所示，繪制剖面等壓力水頭線如圖所示1.1~1.3。表1.3各庫水位高程心墻削減水頭值庫水位高程心墻內(nèi)浸潤面高程削減水頭百分率上游下游差值26782671.32595.878.596.0%27852782.42598.6183.896.1%28652860.62600.5260.196.3%注：表中削減水頭百分率=（H上心墻?H由壩體剖面壓力水頭線分布圖可見，浸潤面在心墻上下游發(fā)生了突降。由表1.3可見，心墻削減水頭隨著庫水位的增高而變大，庫水位高程2678m、2785m、2865m下，心墻削減水頭分別為78.5m、183.8m、260.1m，分別占上下游水頭差的96.0%、96.1%、96