新黄壁庄水库副坝地基毕业设计任务书(计算参数不同).doc

黄壁庄水库副坝地基渗流分析毕业设计任务书华北水利水电学院岩土工程与水工结构研究所黄壁庄水库副坝地基渗流分析毕业设计任务书一. 工程概况及研究目的1. 工程概况黄壁庄水库位于河北省石家庄市西北约30km的滹沱河干流上，是子牙河系滹沱河中下游重要的、控制性大()型水利枢纽工程。水库于1958年动工修建，1959年拦洪，1960年蓄水，经受了1963年特大洪水后，于1965年进行扩建，至1968年达到现状规模。水库正常蓄水位120.00m，设计洪水位125.84m，校核洪水位128.00m，它与上游28km处的岗南水库控制流域面积23400km2，总库容12.1亿m3。水库主要建筑物有：主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道、灵正渠涵管及电站等。主坝为水中填土均质坝，坝顶长1843m，最大坝高30.7m，坝顶高程128.7m。副坝亦为水中填土均质坝(左右两端部分为碾压式均质坝)，坝顶长6907.3m，最大坝高19.2m，坝顶高程129.2m。1986年黄壁庄水库被列为全国43座病险库之一，其中副坝是存在问题最多、最严重且危险性最大的建筑物。主要问题有：坝体施工质量差，局部存在软塑状土，坝顶纵向裂缝严重且有横向裂缝发生。铺盖裂缝严重，多重旧缝重开，也有新缝发生。坝后减压井冒砂、沉陷、倒塌，排水沟局部冒砂、坍塌。预计高水位时，坝肩可能出现大面积出渗，下游永乐采砂场可能发生大面积管涌。黄壁庄水库在近40年的运营中发挥了巨大作用，在“63.8”和“96.8”洪水中，发挥了蓄洪、削减洪峰及错峰作用，使下游防洪赢得了时间，有效地减轻了下游的洪水灾害及损失。但由于副坝存在上述问题，迅期在限制运行水位的情况下，不但严重影响了水库防洪效益的发挥，同时还威胁到下游的安全。黄壁庄水库一旦失事，将打乱海河流域南系的防洪布署，直接威胁石家庄市、天津市、华北油田以及京广、京九等交通干线的安全。“96.8”洪水后，中央和河北省下决心对黄壁庄水库进行彻底处理，其中副坝防渗采用了混凝土防渗墙方案，深度一般按入岩1m控制，只有2+9663+632段由于基岩顶部覆卧有透水性较小的含碎石的粘土层，因此该段防渗墙只进入该土层一定深度即可。2. 研究目的由于黄壁庄水库副坝工程地质条件十分复杂，采用混凝土防渗墙方案后，针对副坝部分地基表层岩体渗透性较强，且存在溶洞的工程问题，决定采用二维有限元渗流分析方法，取A1+600代表剖面进行渗流分析，根据渗流分析成果，给出需要进行地基防渗处理的岩层类型。同时对有溶洞的地基进行有限元渗流分析，了解溶洞的存在对坝体及坝基渗流的影响，了解溶洞周围应力分布情况，判断溶洞顶层岩体的防渗性能以及对防渗墙防渗效果的影响。二 设计资料A1+600的断面地层分布图如下图1所示。为有详细尺寸资料，特提供AutoCAD图。1. 特征水位上游水位取设计洪水位125.84m。下游水位取(设防渗墙以后)95.0m。2. 计算范围为了使得渗流计算较为准确可靠，取较大的渗流计算范围，上游边界取到距坝轴线500m处，下游边界取到距坝轴线1035m处，基岩深度取至距防渗墙底部10m处(基岩底面高程为64.33m)。其材料性质按已知材料顺延至上、下游边界。3. 渗透系数计算参数由委托方提供并参照中国水利水电科学研究院渗流计算中参数选取如表 1，材料性质区域划分如图1所示，计算时按各向同性处理，假定水平渗透系数与垂直渗透系数相同，并将坝体上游铺盖视为完全失效。表 1 各计算断面渗透系数单位：cm/s防渗墙坝体土铺盖土坝基土砾砂层1.8010-72.5210-53.7010-29.1210-62.5610-2中粗砂层卵石层基 岩2.1210-21.2510-110-110-7注：在计算溶洞为44m2时，基岩深度向下延伸20m，渗透系数与防渗墙相同三. 设计任务由于渗流计算范围较大，地基材料较复杂，尤其是该坝体及坝基建有防渗墙及排水井等，需要进行多次试算并多次修改网格图计算浸润线位置，因此网格剖分工作十分巨大。根据该任务的特点确定出如下的任务。1. 首先根据不同任务确定划出所需要的网格密度，进行网格剖分。基岩渗透系数分别取1.0010-1、1.0010-3、1.0010-5、1.0010-7cm/s。计算坝体浸润线，并绘制出等势线图、渗透坡降等值线图及渗透流速矢量图。2. 溶洞的存在对防渗效果的影响，计算溶洞对坝基防渗效果的影响时，一律取基岩的渗透系数为1.0010-4cm/s(其它地层渗透系数不变)。首先设定溶洞位于防渗墙下不同位置进行整体渗流有限元分析，考虑到溶洞中有一定的填充物，取渗透系数为1.0010-3cm/s。为方便计算取溶洞形状为矩形，尺寸为：2m2m四. 选作内容由于学生很少接触对实际工程的有限元方面的计算，缺乏这方面的知识。单有限元网格的剖分及单元的信息工作量就相当大，再加上没有这方面的经验，因此相当费时。可根据学生的具体情况选作设计任务中的各项或部分。1. 根据任务确定划出所需要的网格密度，进行网格剖分。基岩渗透系数取1.0010-1 cm/s，计算坝体浸润线，并绘制出等势线图、计算成果分析。2. 根据任务确定划出所需要的网格密度，进行网格剖分。基岩渗透系数取1.0010-3 cm/s，计算坝体浸润线，并绘制出渗透坡降等值线图、计算成果分析。、1.0010-5、1.0010-7cm/s3. 根据任务确定划出所需要的网格密度，进行网格剖分。基岩渗透系数取1.0010-5 cm/s，计算坝体浸润线，并绘制出渗透流速矢量图、计算成果分析。4. 根据任务确定划出所需要的网格密度，进行网格剖分。基岩渗透系数取1.0010-7 cm/s，计算坝体浸润线，并绘制出等势线图、计算成果分析。5. 根据任务确定划出所需要的网格密度，进行网格剖分