岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 2281-2295.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0223CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0223
任旺1, 2,苗君3,雷万钧1, 2,王络1, 2,陈益峰1, 2
REN Wang1, 2, MIAO Jun3, LEI Wan-jun1, 2, WANG Luo1, 2, CHEN Yi-feng1, 2
摘要: 排水是高坝工程最经济有效的渗流控制措施,纵横交错的排水廊道和俯仰并用的排水孔群构成立体排水,但其准确模拟一直是水利水电工程渗流分析的难点之一。长期的研究表明,排水本质上是通过边界条件对渗流场起控制作用的,其边界条件有水头边界条件、零流量边界条件、潜在溢出边界条件和水头-潜在溢出混合边界条件4类。然而,当排水的边界条件指定错误,或缺乏可靠的排水边界转换算法时,排水的模拟和渗流场的计算可能产生显著偏差,甚至错误。结合某拟建的200 m级碾压混凝土重力坝,总结了高坝坝基立体排水对渗流场的控制机制,明确了水头-潜在溢出混合边界满足的流量自平衡关系式,给出了排水俯孔边界条件的自动转换算法。对水库蓄水过程中坝基非稳定渗流场的计算分析表明,立体排水精细模拟的核心是确定满足水头-潜在溢出混合边界条件的排水俯孔,当这部分排水孔被错误指定为零流量边界条件(即认定为失效)时,地下水自由面将被高估1.7~10.6 m;而当其被错误指定为水头边界条件(即认为孔口发生溢流)时,地下水自由面则将被高估达29.4~94.5 m。与以往的认知不同,这部分排水孔尽管孔口无溢流,但通过孔内的流量自平衡关系,将汇入排水孔的地下水排向附近更低高程的排水孔,因而也很好地起到了降低坝基渗透压力的作用。此外,通过对排水孔间距的优化分析表明,工程上广泛应用的3 m间距是合适的,但建议增大坝基右岸2 928 m高程灌排廊道下游侧附近排水孔的间距。研究成果对高坝工程防渗排水设计与渗流安全评价具有重要指导意义。
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