某水电岩质边坡泄洪雾化区渗流计算分析
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摘要：泄洪雾化对边坡的稳定性有影响不可忽视，根据非饱和渗流计算基本原理，利用二维有限元方法计算了典型剖面的渗流场特征，分析了其对边坡稳定性的影响，提出了相应的边坡加固工程建议。
Abstract: the stability of the slope of flood and atomization have influence cannot ignore, according to the basic principle of unsaturated seepage calculation, using 2 d finite element method to calculate the typical profile of the seepage field characteristics, analyzes its impact on slope stability, and put forward the corresponding suggestion slope reinforcement engineering.
Key words: rock slope; Flood discharge atomization; Seepage; reinforcement
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
1水文地质条件
边坡岩体地下水主要为基岩裂隙水。边坡岩体透水性受风化、卸荷程度和 (垂直边坡方向)向结构面发育程度的影响。大理岩段水平深度150m～200m以外、砂板岩段200m～330m以外的新鲜岩体透水性具中强透水与弱透水相间特点。强卸荷带和深部裂缝区岩体具有强透水性特征，随着卸荷程度的减弱岩体渗透性明显减弱。两岸地下水位埋藏深，水力坡降平缓(4%左右)。地下水接受降雨入渗补给，岩体以垂直补给的非饱和渗流为主，总体上为地下水补给河水。
2泄洪雾化问题
该水电站泄水及消能建筑物由拱坝坝身4表孔＋5深孔＋1右岸泄洪洞及坝后水垫塘＋二道坝组成，校核洪水位时总泄量为13310m3/s。泄洪雾化雨将引起下游边坡岩体非饱和带压力水头升高，甚至局部饱和，易引起边坡岩体破坏。为正确评价边坡岩体的稳定性变化情况，必须合理模拟边坡雾化降雨过程渗流场变化，在此基础上才能合理的评价边坡岩体稳定性，并提出合理、可行的工程控渗及边坡加固措施。
3雾化降雨条件下边坡渗流分析
3.1饱和非饱和渗流计算基本原理
模拟降雨入渗的饱和非饱和渗流问题的数学模型为：
(1)
式中： 为源汇项； 为容水度；参数 ，非饱和区为0，饱和区为1； 单位贮水系数，对非饱和体 ，饱和体为一常数； 为时间变量。 为法向流量，向外为正； 为边界的单位外法线方向余弦； 为初始时刻； 为入渗率； 为水头边界； 为流量边界； 为饱和逸出面边界； 为降雨入渗边界。
采用Galerkin加权余量法求解，上述饱和非饱和渗流问题的微分方程可表示为：
(2)
实际计算时，一般采用8节点等参单元对空间进行离散，采用隐式差分格式对时间进行离散来求解。在非饱和渗流数值计算时存在以下问题：材料非饱和水力参数的确定，计算范围初始水头场的确定，逸出面边界条件的处理，降雨入渗流量的确定，高效求解器的选择等。
3.2计算范围
选择左岸典型剖面VI－VI (坝轴距为349.5m)进行雾化降雨渗流计算。计算范围大致为：河床中心往岸坡以内750.0m，垂直向高程在1490m～2320m之间。
3.3计算工况及结果
为减小雾化雨入渗对边坡稳定性的不利影响，在雾化区坡面均需采取混凝土护坡和坡面排水沟等排截水措施。考虑坡面排截水作用，计算中分别取雾化雨强的100%、30%和10% 作敏感性分析。图1为Ⅵ－Ⅵ剖面第8天时渗流场特征。
计算结果表明，浅部滑动模式：初始时刻稳定系数为1.223，工况①条件下，经1天降雨，稳定系数已下降至1.182。随着降雨的继续，稳定系数进一步下降，第3天稳定系数降为1.114。第4～第6天泄洪雾化雨期间，稳定系数降至1.066。天然降雨和泄洪雾化雨结束后，由于局部地层一定时间段压力水头的继续升高，导致第7天时稳定系数下降至极低值，为1.054。随后稳定性缓慢回升。此条件下受降雨影响稳定系数最大降幅为13.8%。考虑坡面排水作用(折减为10%强度)的工况③边坡稳定性变化规律与工况①类似，但影响程度明显降低，第6天时的极低稳定系数为1.163最大降幅为4.9%。
图1 Ⅵ－Ⅵ剖面第8天时渗流场
4雾化区边坡排水加固建议方案
雾化区边坡岩体的排水加固基本思路为“坡面截，坡内排，岩体锚”，以确保工程岩体稳定。
地表截、防、排水系统的作用主要是减少地表水入渗，阻隔地表水与地下水的联系，并及时将地表水排离边坡范围。通过在边坡一定高程及部位设置截(排)水沟、坡面喷混凝土护面、坡面设排水沟、排水孔等组成排水系统。
地下排水系统的作用是直接疏排雾化暴雨期间岩体的地下水，降低边坡地下水位，减小渗透压力，提高边坡安全度。其主要由主排水洞、支洞和洞内设置的排水孔组成。
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