有限元法在围坝渗流计算中的应用

文摘:渗透破坏是堤防工程中常见而又困难的问题。在山东省济南市东湖水库的防渗设计中，我们根据当地的土料和地质条件，拟定了大坝渗流与坝基垂直渗流相结合的防渗技术。两种防渗技术的材料和结构不同，如何计算才能反映工程的实际情况？我们进行了调查分析，最后采用有限元法对土坝进行了渗流计算，取得了良好的效果。
关键词:有限元大坝渗流应用
1。项目概述
东湖水库位于济南市章丘市高官寨镇和历城区姚强镇。它由大坝围护、蓄水泵站、蓄水泵站、闸门、截流沟等组成。它是济南市东湖供水工程的调节水库。水库总库容5800万立方米，面积6.7平方公里，平均蓄水深度6.6米，全长9.1公里，坝高9.2米，东湖水库建成后，可极大缓解济南东部地区供水紧张状况，为该地区经济社会发展和改善生态环境提供可靠保障。
2。坝体防渗设计
为使水库工程经济合理，筑坝用土料取自库区，4.67公里可利用土料主要为粉土、亚粘土、砂质亚粘土及少量碎粘土。为了充分利用料场的砂壤土和粉土，确保大坝的安全，拟在大坝浸润线以上2m处用粉砂和砂壤土筑坝。根据砂质壤土和粉砂的特性，如粘性含量低、遇水液化、边坡坍塌、松散失水、遇风易掀等。砂质壤土和粉砂被裹在里面，受到壤土的保护。大坝上游护坡采用14cm厚混凝土预制板，下铺500g，铺一层复合土工膜，然后铺设10cm厚中砂垫层。
3。坝基防渗设计
东湖水库大坝基础层为第四系土，主要由粉土、碎粘土、砂质壤土、淤泥质粘土、淤泥、夹碹石壤土、夹碹石粘土、砂质壤土、粉砂、夹碹石壤土组成，共10。第6亚粘土夹自闭石埋深10 ~ 18m，渗透系数10-5cm/s，分布连续，工程地质条件较好，可视为相对不透水层。根据东湖水库工程地质勘察报告，坝基年渗漏量为1620万立方米，占设计库容的38.6%。渗漏严重，必须采取坝基截渗措施。
根据本工程地基土层的分布特点，经过方案比较，采用深层搅拌法(水泥土加固法)进行防渗。该方案不仅截渗效果好，而且施工方便，无需开槽，可直接搅拌成桩，施工速度快，工效高，耐久性好，强度高。钢筋深深嵌入第6层相对防渗层，与坝脚下的复合土工膜紧密结合，形成完整的防渗体系，达到防渗设计的目的。
4。大坝渗流计算
(1)有限元法原理
有限元法是将连续体离散成有限元的集合进行研究。利用变分原理建立了研究问题的模型，并导出了近似解的方程组。最后归结为求解多阶系数矩阵的线性方程组，以计算机为工具，需要以矩阵分析和数值方法为基础。
(2)单元划分法
在求解无压渗流的稳定渗流场时，一个麻烦的问题是确定自由面的位置。在实际计算中，一般先假设自由面的初始位置，然后进行单元划分。
(3)计算结果
计算水头为5.1m，分为5个区域，25个节点，29个单元。按照软件要求的格式，将节点数、单元数、区域数等一般信息和各区域的上下游水位、节点坐标、区域渗透系数等具体数据写入数据文件。运行有限元程序后，可以得到浸润线。