188宝金博页面版

第一坷，?I司水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集泄洪雾雨作用下边坡饱和非饱和非稳定渗流研究王环玲1，徐卫亚1，童富果2( 1．河海大学交通学院，江苏南京210898：2．扣J 海大学岩土工程研究所，江苏南京210098)摘要· 泄洪雾雨作用下的边坡岩体饱和非饱和淳流问题足目前我国西南地区在建和已建高埂所面l 临的一十共同问题。从理论上分析了雾雨作用下饱和非饱和介质中水分运动特征；根据饱和渗流和非饱和渗流的数学模型．建∞皂统一的岩体饱和非饱和非稳定渗流数学模型；编制了有地表入港作片{的饱和非饱和非稳定涪流三维有限元计算程序；对有限兀求解中的容水度问题、非饱和水力参数问题以及初始水头场问题作了相应的优化处理；最后，以实际工程为例进行了饱和非饱和溘流分析，计算结果表明，比天然降雨雨强大很多的雾雨入渗会形成对边坡稳定不利的哲态饱和区-并引起地下水位的抬高；暂态饱和区的大小和地下水位的增幅取决于边坡表面的护坡效应和排水、防渗帷幕等措施，因此应该加强边坡表面韵保护以及合理的设置f|水、帷幕等措施，以便减少入渗和地下水位的抬高．关键词I泄洪雾雨：饱和非饱和淳流：裂隙岩体l 岩石边坡作者简介t王环砖( 1977一) t女．博士，讲师．主要从事岩石力学与工程方面的研究。1概述2l 世纪，对资源开发的应用研究仍是裂隙岩体渗流力学的主要任务之一。各国学者以不同课题背景着手研究了裂隙岩体饱和非饱和滓流概念模型咀及特征等．如开h止d al l ” ，Pn℃ss, dai 例就美国地下的各种可能的概念模型进行过详细的研究；D扭刮a and W h删31研究了裂隙岩体非饱和渗流的特点；TokunagaandW an．J 41 i 匝过室内试强放射性核废料贮藏地Ⅵ-o盟M cum ai n地区的裂隙岩体非泡和渗流验研究了非饱和状态下流体的运行速度。此外，随着石油工业的崛起，油气渗流研究迅速发展起来，低渗透问题、稠油的热采等问题给渗流研究提出了更为复杂的任务。一系列的应用研究推动了裂隙岩体饱和非饱和渗流的发展。目前在国内，水电资源的开发，世界高坝的建设中心迅速转移到中国，如在建或拟建的小}每岘高292, 0 m ，溪洛渡坝高278．0m ，锦屏—级坝高3050m ，构皮滩坝高232．5m 等。这些水电工程多数位于我国西南地区，具有“ 高水头，大泄量，陡岸坡，窄河谷” 的特点，由于水电工程在泄洪时泄洪水头高、流量大，空中泄流落差大，加上泄洪消能采用分层出流，空中碰撞，必将产生雾化。因此，在水利怄纽附近一定范围内形成的雾化雨现象是高坝泄洪时不可避免的。泄洪雾雨入渗到边坡岩体到达潜水面也是一个饱和非饱和渗流过程。和自然降雨不同的是，泄洪雾雨的强度比自然降雨强度要大得多，并且雾雨^渗在整个^渗边界上的雨强是不相等的。这些外界条件的差异使得研究入渗作用下的岩体饱和非饱和渗流具有其特殊性。雾雨引发边坡岩体饱和非饱和渗流是水电工程中的普遍现象，不管是9a．1v利枢纽渗控措施出发还是从边坡安全稳定角度考虑，研究雾雨作用下的边坡岩体饱和非饱和渗流都具有非常重要的实际意义。2泄洪雾雨作用下边坡岩体水分运动特征通常，将岩体介质中地下水位以上未被水充满的区域，称为非饱和区。非饱和状态下多孔介质的性质要比饱和状态下的性质复杂得多．其原因之一是非饱和介质的孔隙中除了有水之外，还有气。由于毛细管吸力的存在，负的孔隙水压力在多孔介质中会产生基质吸力，基质吸力与介质的含水量密切相关。含水量所引起的基质吸力的变化要比净法向应力变化所引起的大得多嘲。基质吸力在介质中会形成一种吸附强度．吸附强度亦随含水量的增加而藏，J 、．但对这种强度的测量目前还很难；原因之二是在饱和介质中，渗透系数是孔隙比的函数．但是，我们在分析问题如瞬变济D时，—般者喇段定饱和介质的渗透系数为常委妒l 。而在非饱和介质中，．渗透系数同时受到多孑|介质孑【腺比和饱和度或含水量变化的强烈影响；原因之三是饱和带中任_一点压力水头是个定值，非饱和带内的压力水头则是含水量的函数。这些原因使得研究裂隙岩体的非咆和渗流变{{导异常困难。雾雨入渗到边坡的强度主要取决于雾雨的强度和岩石介质的渗水性能。如果介质的渗水性能较强，大于雾雨强度．则入渗强度主要抉定于雾雨强度，在入渗i 立程中边坡表面含水量随入渗而逐渐提高，直至选到某—稳定值；如果雾雨的强度较大，超过了边坡表面的入渗能力t入渗强度就决定于边坡的入渗性能，这样就会形成径流或地表积水，成为—种压力下渗，压力下渗大于自由下渗，但对曲坡来说，积水往往较浅，这种压力下渗的影响可能不大；另外．由于泄洪大多发生在雨季，如果有前期降雨，而且雨量较小时，边坡表面的介质先湿润后膨胀，也会使边坡岩体入渗率降低的。这些水分运动特征决定了进行有限元计算求解时对边界条件的处理。3数学模型建立岩体最主要的特性就是具有裂隙性，如果避开岩体的裂隙性而谈其渗流特性则有失偏颇，因为裂隙是岩体渗流的主要通道，同多孔介质渗流相比．裂隙岩体渗流的晟明显特征就是有强烈的非均质性和各向异性。因此，用离散裂隙网绍模型描述岩体渗流是再合适不过了．但是在工程岩体巾数量众多的裂隙面限制了它的使用，要想弄清楚每条裂隙的几何参数以及裂隙之间的水量交换，是非常困难的，更何况还涉及到非饱和渗流。本文利用等效连续介质模型建立起饱和非咆和渗流方程，对那些岩体裂隙化程度高、存在表征单元体REv’ 或裂I|聱稿日期：∞06—07—30