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近年来,国家加大了对中小型水库除险加固的投资力度。不同地区,由于自然条件、社会经济因素等不尽相同,大坝病险处理的措施也不尽相同。针对宁夏南部山区普遍采用的上游淤泥面加高坝体的方式,由于缺乏这方面的理论研究,本文以雅石沟水库为研究对象,以该水库大坝填筑加高施工过程、固结沉降、不同工况渗流和坝坡稳定分析为研究内容,基于PLAXIS有限元软件的大坝典型横断面的二维数值模型为研究工具,进行坝体固结沉降水平和竖直位移、坝体渗流和坝坡稳定特征等方面的分析与计算。论文主要研究内容与成果如下:
(1)在阅读了大量资料的基础上,阐述了均质土坝的渗流破坏类型、机理,总结分析了均质坝渗流分析的方法及其原理;对不同的边坡稳定分析方法进行了列举和对比,最终选择了有限元强度折减法对渗流条件下的坝坡稳定性进行计算。
(2)以雅石沟水库最大坝高为模型,进行渗流模拟,分析了不同工况下的渗流情况,得出孔隙水压力、渗流方向、单宽渗流量和水力比降等方面结果,同时得出:水位骤降时,坝坡内的浸润线来不及相应降低,即坝坡内的水位下降的滞后效应,会在坝坡内形成超孔隙水压力,坝体内一部分孔隙水将从上游坝坡溢出,这将影响上游坝坡的稳定。
(3)基于渗流分析的结果,进行了考虑渗流作用力的坝坡稳定数值模拟计算,得出水库大坝坝坡的安全特征。验证坝前淤积面加高坝体的方法是否合理。应用PLAXIS软件进行正常蓄水位和校核洪水位分别以5m/d,4m/d,3m/d,2m/d,1m/d的速度降至死水位的模拟,结果表明:当水库水位以2m/d的速率下降时,上游坝坡稳定安全系数较大,更偏于安全,因此建议该水库取不大于2m/d的速率泄水较合适。各个工况下,雅石沟水库大坝的上下游坝坡均满足规范要求,大坝稳定性满足安全要求。因此可以说明该水库基于“淤泥面加高坝体”的设计是满足整体稳定要求的。
(4)以雅石沟水库除险加固工程为背景,建立了基于PLAXIS的土坝填筑加高和固结过程的数值模型,将一定固结期的水平和竖直位移值与实测结果对比分析,得出竖直位移结果较为合理,说明PLAXIS程序进行该类问题的固结沉降分析是合适的。