理解和应用现代计算模型

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：考虑防渗帷幕和左岸挤压破碎带渗透性较小，对边坡渗流场分布至关重要，因此，数值计算模型对这两者分别进行建模。图10.15左岸坝基及边坡计算网格图10.16帷幕及挤压破碎带网格初始条件对于边坡渗流场和应力场计算至关重要。表10.6数值计算参数表表10.7渗透系数取值表力学荷载包括：边坡及大坝重力；上游水库及下游河道作用于边坡和大坝上的水压力（面力）；渗透力。

数值分析建模考虑了坝基防渗帷幕和排水系统。数值模型考虑的地层岩组有，挤压破碎带、左岸坝基混凝土置换区、左非5～19坝段及灌浆帷幕等地层或结构。泄水孔按线单元建模。

图10.15为左岸边坡抬升变形计算网格图。计算网格数量249648个，网格节点数量49005个。计算范围，坝轴线向上游方向延伸250m，向下游方向延伸500m；沿山体厚度方向延伸400m，模型底部高程-100.00m，边坡表面最大高程674.00m。

考虑防渗帷幕和左岸挤压破碎带渗透性较小（小于1.0Lu），对边坡渗流场分布至关重要，因此，数值计算模型对这两者分别进行建模。图10.16为左岸边坡防渗帷幕与挤压破碎带网格剖分图。

左岸边坡抬升变形分析坐标系与坝基整体三维计算模型相同，即坐标原点水平位置布置在坝轴线与左右坝段分界线的交点上，铅直位置在高程为0.0m处。顺河方向为x轴（厂房坝段和泄水坝段分界线）方向，指向下游为正；坝轴线方向为y轴，指向左岸为正；z轴铅直向上为正方向。

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图10.15　左岸坝基及边坡计算网格

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图10.16　帷幕及挤压破碎带网格

初始条件对于边坡渗流场和应力场计算至关重要。

对于边坡初始应力场来说，边坡表层受开挖或自然卸荷作用，经过长时间的应力调整，其应力场应该已经接近自重应力场，因此，应力计算按自重应力场考虑。

关于边坡初始渗流场的认识，目前无论是在工程界还是学术界，其相应的重视程度都还不够。在水利工程中，对于那些只需要了解几种特定工况下的稳定渗流场计算，在数值模拟中便无需确定初始渗流场；然而，如果需要认识、了解坝基或边坡渗流场的变化过程，并进行非稳定渗流场计算，此时则必须确定初始渗流场的状态。

左岸边坡抬升变形是边坡中渗流场变化与应力场耦合作用的结果，是一个非稳定渗流计算过程，因此，需要确定左岸边坡的初始渗流场。然而，从现有的资料来看，工程前期向家坝左岸边坡的水文孔揭示的地下水位分布与工程后期蓄水前获得的地下水位资料之间，差异性较大。前期钻孔资料显示，左岸左非5～19坝段施工前的常年地下水位较低，水位最高值286m。然而，根据水库第一期蓄水前的左非坝段附近的水位孔资料显示，坝头附近的地下水位一般在330.00m左右，最高水位孔OH1-1水位超过370.00m高程。这为左岸边坡初始渗流场确定带来困惑。考虑到本阶段研究任务左岸边坡在渗流场作用下引起的变形，经过大量试算工作后，从满足边坡变形研究的需要出发，决定采用蓄水前的地下水位孔资料进行初始渗流的试算。

力学边界：铅直边界取水平位移约束；计算模型底边界取铅直水平约束。

水力学边界：顺河向上下游铅直面取不渗透边界；河流及水库淹没边界为变水头边界，山体内侧边界为水头边界；模型底边界为不渗透边界。

结合设计院提供的岩体分类参数表，确定力学计算和渗流计算的参数取值，分别见表10.6和表10.7。

表10.6　数值计算参数表

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