通吕运河水利枢纽工程围堰安全稳定分析文献综述

文献综述

1、国内外研究现状及发展趋势

国内外学者对有限元处理围堰渗流、钢板桩围堰的设计与计算方法开展了大量的研究工作，下面本文将从有限元处理围堰渗流、钢板桩的选取与计算方法两方面论述。

1.1有限元方法处理围堰渗流

当今随着计算机技术应用的不断发展，计算机性能不断提高，使用有限元处理渗流，保证边坡稳定的技术规模越来越大，最初只能处理几百个自由度的问题，到现在能处理几百万个自由度的问题。但是在求解渗流区域复杂、边界不规则、有断层节理时，应用有限元法往往会受到处理工作繁复、误差难以控制的限制, 大大影响了有限元法的简洁性和实用性。换言之，如今对于有限元自身的发展和应用来说, 问题的自由度规模已经不是值得关注的问题,而如何减少有限元的计算过程人工参与来减轻前处理，用以实现有限元网格误差的自动控制与调整以提高计算的可靠性和准确性才是富有意义的研究工作。在这种背景下 , 自适应有限元法用于渗流计算领域越来越成为实际工程的需要和研究的热点。

20世纪60年代，RootPJ.和WarrenJ E提出了双重介质渗流问题。在20世纪70年代Closmann 建立了三重介质渗流模型。

戴会超团队通过有限元法对三峡围堰在不利运行工况下进行了渗流场模拟，比较了阻渗效果及防渗设施不同的方案，同时采用了恒定与非恒定模型计算,对二维和三维绕渗和防渗墙局部开裂等各种不利工况进行了数值模拟，结果表明:三种防渗方案均可以抑制渗流场,其中双排混凝土防渗墙的防渗效果较佳；并发现墙体的局部开裂只对局部区域的渗流场有影响；非恒定数值表明,堰体、基础不均匀沙石料及基坑的抽水速度对渗流场影响很大,为了保证堰体 稳定,应限制基坑水位降落的速度小于 2m/d。

蒋中明团队基于 DuncanE-mu;本构模型，编制出围堰流变的分析程序，根据三峡深水围堰的监测数据，对流变参数进行反演，结果表明：三峡工程二期垂直流变变形和围堰结构的水平存在时间的不同步性，垂直流变位移的稳定时间一般在堰体结构施工完成的6个月，而水平流变位移的稳定时间仅需要3个月。围堰结构后期流变位移平均值为流变初期时位移的2～3倍。

党发宁团队采用大型岩土有限元计算软件GeoStudio模拟了水电站土石围堰渗流场，并对围堰边坡稳定性进行了分析评价。研究结果表明：布置压坡透水体明显提高了堰体稳定性，而合理减小防渗墙深度对堰坡影响不大；悬挂式防渗墙对降低堰后的水力坡降效果不明显,对截渗效果、提高围堰边坡安全系数的效果也不明显,但能起到改变渗流形态、延长渗透路径的作用，对降低渗透坡降起到效果。随后王晓燕和党发宁团队在稳定渗流有限元分析的基础上优化研究悬挂式防渗墙的深度，分析了悬挂式防渗墙在不同深度计算条件下的施工工期、堰体流量及下游出溢处水力坡降等一些敏感性因素，通过归一化思想得到它们与防渗墙深度的关系，再根据约束条件求出悬挂式防渗墙的优化深度。

1.2钢板桩围堰的选取和设计方法