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围堰是水利枢纽工程中重要的临时性建筑物,其安全关系到整个施工导流工程和主体工程的安全和进度,甚至涉及到下游的安全问题。国家“十二五规划”中提到重点推进西南地区大型水电站建设。近些年,随着大型、特大型水利枢纽工程的修建,围堰的规模越来越大,施工难度也随之增加,围堰的安全稳定问题也越来越引起人们的重视。本文基于有限差分软件 FLAC3D,以乌东德水电站上游深水高土石围堰为研究对象,主要从流-固耦合和应力变形两个方面对围堰的安全性进行研究,主要内容如下: (1)阐述了本课题的选题意义,介绍了当前国内外水电工程围堰的发展现状以及影响土石围堰安全的主要因素。 (2)总结了土石围堰的特点和适用范围,结合葛洲坝大江上游土石围堰和三峡工程二期土石围堰两个工程实例进一步说明了土石围堰的特点。从抗剪强度、压实性能和渗透特性三个方面介绍了围堰粗粒料的工程特性。 (3)从定性、定量和不确定性三个方面总结了边坡稳定分析方法,通过比较分析最后选用数值模拟软件 FLAC3D进行计算。 (4)对有限差分软件 FLAC3D的计算原理、求解过程、本构模型及求解流程进行介绍,并指出本文所用到了FLAC3D的哪些功能。列举了两个简单算例,验证了有限差分软件 FLAC3D在计算施工过程中应力变形和不同工况下围堰边坡稳定流-固耦合的可行性。 (5)流-固耦合边坡稳定分析,计算4种工况下的孔隙水压力云图和塑性区域图,通过对比分析,说明开挖、蓄水、防渗墙上部防渗体有无复合土工膜对堰体边坡稳定的影响。 (6)制定了四个不同的方案,主要利用弹塑性 Mohr-Coulomb模型,对乌东德深水高土石围堰体和防渗墙的应力变形进行分析。计算考虑围堰的施工过程、围堰填料参数、覆盖层的参数及本构模型对结果的影响。