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在我国境内已建成的水库有8.4万余座,总库容4700余亿m3。渗漏是水库大坝主要病害,它不仅浪费了大量宝贵的水资源,而且将引发溃坝的毁灭性灾难,因此是工程界广泛关注的问题。本文拟研究的锡崖沟水库始建于上世纪九十年代,坝址位于峡谷地段,河谷呈“V”字形。该坝坝型为浆砌石重力拱坝,坝顶溢流,坝顶长31m,坝高41.8m,坝顶高程约990m,坝顶宽约2.3m,坝底宽17m,左岸设敞口式溢洪道,进口略低于坝顶,宽8.0m,长约.50.0m。库区呈狭长型,上游回水约800m,属小型水库。水库规划功能为发电,后因上网困难改为旅游水库,现存在的主要问题是渗漏问题,枯水期几乎成干库,不能形成大规模、持续不断的瀑布景观,严重影响锡崖沟风景区的发展规划。
本文首先对渗流分析发展状况和水库防渗加固的国内外研究现状作了简要概述,接着详细介绍了锡崖沟水库工程地质条,并分析了水库渗漏原因,得出渗漏通道主要分为两种:第一种为南北向裂隙(带)与东西向裂隙(带)和层面裂隙所组合成网状和带状导水系统,出水点高程主要集中在955~980m,多沿层面裂隙流出;第二种为坝、两岸坝肩与岩石接触带,为集中渗漏通道。对水库渗漏量按相关公式作了初步定量计算;接着,本文介绍了渗流基本理论和控制方程,对比渗流方程和热方程的相似性,在此基础上得出可以利用大型通用有限元软件ANSYS热模块计算分析坝体渗流问题的结论,同时详细介绍了ANSYS软件的热模块求解稳定和非稳定状态渗流的一般步骤进行说明。在总结前人研究成果的基础上,对利用有限单元方法计算坝基稳定渗流场进行了研究和分析,并阐述了渗流自由边界面的计算原理和方法,本文利用变单元渗透系数法来解决。然后用ANSYS自带的二次开发工具-APDL语言,编写了渗流计算命令流程序。通过算例验证了该程序的可行性和正确性,接着对该工程在水库上游满库水位、75%满库水位、50%满库水位的不同工况进行了有限元模拟计算,随着上游水位的不断降低,各点的压力水头、总水头、流速以及水库的渗漏量都减小,并和解析法的定量计算相比较,结果较为相近,证明了计算渗流场的实用性。最后对水库在帷幕灌浆治理、粘土铺盖治理等不同治理方法进行有限元分析计算,根据分析结果的比拟确定了锡崖沟水库用帷幕灌浆治理的防渗方案,坝基的渗漏量从治理前的54.24 m3/d减少到,最大流速从1.30m/d较小到0.59m/d,防渗效果明显;并对方案的设计原则、施工控制和流程作了介绍。
水库渗漏一直是水利工程中的热点和难点问题,具有重要的现实意义和理论价值,有着广阔的应用前景。本文尝试地利用ANSYS有限元法的热模块来求解水库稳定状态下坝体渗流分析,并利用实例来证明了该思路和方法的可行性和正确性,有效的解决了锡崖沟水库渗漏分析与防治,本文的研究成果是科学、合理的,这为实际工程和日后类似大坝渗流分析的研究提供了重要的参考价值。