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《西北农林科技大学》 2018年
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黄土区淤地坝渗流稳定分析及其防渗设计对比研究

陈瑞东  
【摘要】:我国黄土高原传统淤地坝大都建造于上世纪且缺乏坝体排水及防渗措施,淤地坝在积水工况下渗透破坏加剧,尤其是部分在流域内承担重要的蓄滞洪水、防洪减灾的淤地坝,由于长期处于蓄水状态或在特大洪水来临时极易发生渗流破坏及渗流引发的边坡问题。近年来我国黄土高原地区极端暴雨频发,导致特大洪水发生的几率大幅增加,特别是陕西延安和榆林分别在2013年和2017年均发生了百年难遇的特大洪水,淤地坝在坝前高水深的情况下渗透破坏加剧,坝坡失稳的可能性增加。故研究淤地坝在正常积水工况下和校核洪水工况下的渗流及边坡问题,并提出合理有效的防渗排水设计以减小渗透破坏和失稳的可能显得尤为的重要。本文以已建的榆林横山淤地坝为黄土区传统淤地坝代表,以渗流及边坡稳定专业分析软件GeoStudio 2012为平台,对提出的多种优化方案建立有限元模型进行渗流稳定分析对比研究,同时在此分析基础上,针对新建的水利部公益项目纸坊沟淤地坝提出可行且节约成本的防渗排水设计方案,并对其进行正常积水工况下和校核洪水工况下的渗流稳定安全分析,为今后淤地坝防渗设计提供参考。本文的主要研究结果有:(1)通过对比横山淤地坝原始方案在正常积水工况的稳定渗流期和在校核洪水工况的非稳定渗流期的计算结果可知,正常积水工况下最大渗透坡降值为0.491,校核洪水工况下最大渗透坡降值为5.541,校核洪水工况下最大渗透坡降值明显增大、渗透破坏严重,且最大渗透坡降值大小与水深高度大致呈正相关关系。水深下降过程中上游坝坡抗滑稳定性随之下降,下游坝坡最小安全系数为1.672,处于临界失稳状态。(2)通过原始设计方案和改变坝坡比方案的对比分析表明,放缓上、下游坝坡均可适当减小淤地坝最大渗透坡降值、提高上游坝坡的抗滑稳定性,同时放缓上、下游坝坡效果更明显;但在非稳定流期各个方案上游坝坡渗透破坏仍严重。(3)通过原始设计方案与防渗优化设计方案对比分析表明,优化方案都可以很大程度上减小淤地坝坝体最大渗透坡降值和提高抗滑稳定性,且上游铺设复合土工膜的效果更加显著,最大渗透坡降值为0.491;但在非稳定流期下游设置排水棱体方案时上游坝坡仍存在渗透破坏现象,最大渗透坡降值为4.891。(4)针对承接的水利部防洪减灾示范工程即纸坊沟淤地坝,考虑经济成本、就地取材等原则基础上进行设计建造,该淤地坝除配备了“三大件”外还在上游设置堆砌石护坡、下游设置贴坡排水的防渗设计。通过模拟分析说明该方案最大渗透坡降值为2.354,最小安全系数为1.772,能够满足稳定安全的要求。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S157.31;TV223.4

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