采用三维渗流场有限元方法，模拟坝基渗流场 。建 立三维渗流场有 限元分析模 型，精确模拟排水 孔的位置。分别计算排水孔间距为2m、3m、4m三种工况下坝基渗流场，详细分析和探讨坝基及消 力戽排水孔间距对渗流场 的影响。分 析表 明，排水孔 间距越小 ，排 出的渗流量相应增加 ，扬压力有 所减低 ，但是坝基排水孔 、坝体 下游 消力 戽排水孔 间距 由 3m 减小到 2m或增加到 4m 时，对坝基 整体 渗流场及 坝基扬压力 影响并不明显，所 以坝基 内的排水孔 间距 可以取为较大值。 关键词 坝基 ；排水孔 ；渗流场 ；数值 分析 ；渗流控制 中图分类号 ：T、，139．1 文献标识码 ：A 对 于建于基岩上 的混凝土坝 ，坝基的 渗流控 制是其 中一个关键 问题 ，坝基 渗流 控 制不 合理往往造成较 大的水量渗 漏甚至 影 响大坝安全f”。混凝土坝体往往设置排水 廊道和排 水孔来排 出多余 的渗水 ，而对 于 坝基的防渗措施较为复杂。混凝土坝坝基 中一般 采用 上 游 帷幕 作 为 主要 的 防渗 措 施 ，在 帷幕 下游侧设置相应 的排水孔幕 ，同 时在坝基中再设置若干道排水廊道以及相 应 的排水 孔幕 ，有的工程还 在下游侧设 置 消力戽 并在消力戽 中设 置小范 围帷幕和排 水孔幕[21。在坝基 中设置排水孔幕是为 了排 出渗水 量 ，减小坝基扬 压力 ，保证 坝基安全 稳定 。 目前 ，排水 孔的间距一般 取为 2m～ 5mm，不 同的排水孔 间距将取得不 同的排水 减 压效 果 ，本文建立 渗流计算整体 有限元 模 型 ，在建立起混凝土坝 坝基完整 的防渗 系统 的基础上 ，分析不 同排水孔 间距对坝 基 渗流控制效果的影 响 ，为坝基排 水孔间 距 的设置提供一定 的参考 。 1排水孔的模拟方法 在 坝基廊道底部 或顶部通常 布置有密 集 的排水孔 。排水 孔孔 径一般 只有 10em 左 右 ，间距 也只有 2m一6m，但其 空间分布 却达数百米H。排水孔在渗流场中直接将地 下水排至渗流域以外 ，对水头分布的影响 极 大 ，往往能对工程 的渗流特性及 渗控设 计起到关键性的控制作用。排水孔的内部 边 界在渗流场 中是可 能逸 出面，排 水孔 的 渗 流行 为 在算 法 上可 分 为 两种 情 况来 分 析 ，一种是排水孔穿过渗 流 自由面 ，另一种 是排水孔不与 自由面相交 。当穿 过 自由面 时 ，排水孔 内边界 面渗流 自由面以上的孔 段为不透水边界 ，渗 流 自由面 以下排水孔 内水位 以上的边界面为逸 出面 ，位于孔 内 水位 以下 的边界 面为 已知水头 边界 。当排 水孔不 与 自由面相交位于 自由面以上时为 不透水边界 ，位 于 自由面 以下 时为 已知水 头边界 。本文采 用真实模拟排水 孔位置而 忽 略其 尺寸 效 应 的方 法模 拟 排水 孔 的作 用 ，将排水孔作 为有 限元 网格 位于一条线 上给定水头的若干节点处理 ，通过多次迭 代计算 ，确定最 终需 要施加 给定水头的节 点 。这种方法使 网格 剖分和排水孔 边界处 理等过 于复杂的问题得 以解 决 ，在处理数 量 巨大密集 的排水孔时 ，是 一种较简单和 方便 的方法 。这种方法虽然 忽略了孔径大 小 的影 响 ，但 在孔径与单元 网格间距相对 比较小时 ，可 以取得精确的结果[5-6／。 2渗流场有限元模型 2．1工程概况 某水电站以发 电为主 ，水库正常蓄水位 1906．0m，相应库容 2．65亿 m，电站装机容 量 1280MW。该 工程 为二等大(2)型工程 ， 挡水 、泄洪 、引水及发 电等永 久性主要建筑 物 为 2级建筑 物 ，次要建筑 物为 3级建筑 物 。拦河大坝为碾压混凝土重力坝 ，大坝从 左岸到右岸分别布置有左岸挡水坝段、左岸 泄洪底孔 、泄洪表孔 、右岸泄洪底孔、右岸挡 水坝段。坝顶高程 1909．50m，建基 面高程 1772．00m，最大坝高 137．5m。大坝坝顶 长 度 245．00113，坝顶 宽度 10．0m，坝底 最大宽 度为 99．0m。坝体断面上游面垂 直 ，下游坡 比为 1：O．72。根据工程的特点 ，重点对坝基 防渗工程措施 ，概述如下 ：采用上 、下游双排 防渗 帷幕及排水幕 ，坝 内设 排水廊道 ，通 过 集水井和抽排措施 降压 。坝基设两道帷幕， 上游一 侧帷幕 深度要求进入 相对不透水层 (q<1Lu)5m。帷幕深度多在 50m～l15m 之 间，帷幕最大深度 126．4m。防渗帷幕由 2 排 灌浆孔 组成 ，孔 间距 2m，排 间距 1．5m； 下游侧单排 帷幕 深度约为 30m。基础灌浆 排水廊道 ，高于基岩面 3m一5m，帷幕后设 主排水幕 ，排水孔孔深 20m～25m，向下游 倾斜 15。。坝下 0+030．50ITI设第一排水幕 ， 直孔 ，孔深 20m；坝下 0+060．50m设 第二排 水 幕 ，直孔 ，孔深 20m；坝下 0+088．00m设 下游基础灌浆排水廊道 (仅河床泄水 坝段 )， 分别在左 、右底孔两侧通 过挡墙进入左右岸 帷幕灌浆洞 ，形成下游防渗帷幕和排水幕 ， 排水孔 向上游倾斜 15。 ，孔深 20m。 2．2有 限元模 型 根据工程特点建立三维渗流分析模型 ， 分析坝基排水孔间距对坝基渗流场的影响。 渗 流计算模型向上游取 3倍坝高 ，向下游取 4．5倍坝高，坝基取 2．3倍坝高。计算模型包 含河床覆盖层 、强风化层 、弱风化层 、强卸荷 带 、弱卸荷带 、完整基岩 。模 型大小为 1006 m ×900m ×694m(长 ×宽 ×高)，对排水 孔 部位进行重点 剖分 ，共剖分 48566个结 点 ，左岸基岩单元 36795个 ，右岸基岩单 元 55783个 ，卸荷层 单元 8945个 ，风化 层单元 9949个 ，覆 盖层单元 1250个 。钻孔处 为第 一 类 (已知 )Tk头边界 ，水头为断面上钻孔地 下水位 ，模型最左右两边不处于地下分水岭 的面 ，为第一类 (已知 )水 头边 界 ，水头 为已 知(预测 )水位线高程 ，模 型最左右两边处于 地下分水岭 的面及其他表 面(包括实测浸润 面 )为第二类 (已知 流量 )边界 ，通过这 些面 的渗流量为零。坝体取计算几何模型如图 1 所示 。本文采用真实模拟 排水孔位置而 忽略 其 尺寸效 应 的方法模 拟排水 孔 的作用 ，将 排水孔作为有限元 网格 位于一条线上 给定

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