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坝基深厚覆盖层渗流场与应力场非线性耦合研究

刘万忠  
【摘要】:深厚覆盖层为一种特殊地基,结构松散、岩性不连续、成因类型复杂、物理力学性质呈不均匀性变化。高土石坝建造之后,有效合理地研究覆盖层渗流场与应力场的分布对正确评价坝体及坝基稳定具有积极意义。覆盖层中的渗流场与应力场为重叠场,存在相互之间的作用,对两者的研究可可归结为一个耦合问题。 在已有勘查资料的基础上,对瀑布沟坝址区地质条件进行了分析,详尽探讨了河床深厚覆盖层介质的渗透性及坝基岩土体的力学特性,指出坝基覆盖层为软弱地基,受力压缩土体的地质特性会发生变化。 在前人工作的基础上,基于Kozeny-Carman方程,建立了瀑布沟水电站坝址区渗流场与应力场非线性耦合的数学模型,据此模型得出了覆盖层土体孔隙度和渗透系数的时空演变规律,模拟了渗流场水头和应力场沉降的时效性变化;并利用此模型的结果,对相应时空分布的渗透系数和有效应力值进行了回归分析,拟合出了覆盖层渗透系数和有效应力的关系曲线,并将该关系运用于FEMLAB多物理场耦合分析软件中,对FEMLAB的非线性耦合功能进行了初步探讨。 探讨了坝基渗流量及幕前后平均水力梯度对帷幕和防渗墙渗透性能的敏感性响应程度,此分析证明了帷幕和防渗墙渗透性能是大坝安全的控制性因素:覆盖层为各向异性体,因此对覆盖层渗流参数各向异性进行了敏感性分析,表明坝基渗流量及幕前后平均水力梯度是随覆盖层土体各向异性程度不同而变化的。 实践证明,渗流场和应力场的非线性耦合更能表现客观世界的变化规律,因此,引入渗流场和应力场的非线性耦合是必要的。


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