内容摘要： 综合实力自溃坝冲刷模拟采用散体元理论对溃坝过程进行模拟计算，描述溃坝过程并绘出溃坝曲线。对自溃坝稳定分析先进行渗流分析，然
后进行边坡稳定计算。
关键词：自溃坝；模拟；离散化；渗流场；设计
中图分类号：TV651.15 文献标识码：B 文章编号：1000-0860（2005）04-0033-03
Calculation of flushing simulation of flushing fuse-plug dam
GU HUI
(Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower , Tianjin 300250, china)
Abstract: Discrete theory is introduced into the flushing simulation for the fuse-plug dam to model the dam breaking process,so as
to describe the breaking process and draw the breaking curve concerned. The analysis on the stability of the fuse-plud dam is firstl
-y made with the infiltration and then the calculation on the slope stability.
Key words: fuse-plug dam; simulation; discretization; infiltration field; design
1 引 言
自溃坝引冲型式一般采用漫溢式和引冲式两种。漫溢可靠度较引冲式差。引冲式自溃坝坝顶高程平启用水位，坝顶设引冲槽，槽底高程低于启用水位
0.8m为宜。为防止库水位受风浪爬高和风壅水面高度影响，在坝顶上游设置防浪墙。
2 自溃坝冲刷模拟计算
散体元法是一种不连续数值方法模型，适用于模拟节理系统或散体颗粒组合体在准静态或动态条件下的变形过程。在建立描述整个破坏状态的显式方
程组之后，根据牛顿二定律并结合本构关系，以动力松弛法进行迭代，结合绘图技术，可直观地反映块体运动参量的变化。
将坝体视为非连续介质，各块体相互镶嵌排列或对齐排列，在空间处于平衡状态，当所考虑范围内的力系或边界约束变化时，某些块体会产生加速度
及位移，使其空间状态发生变化，且与所接触的块体产生“叠合”，产生新的力系，由于力的传递，使多块体派生运动和位移。
3 工程实例
洋河水库系一座大（2）型水利枢纽工程。坝址以上控制流域面积755km2，总库容3.92亿m3。
非常溢洪道由进水渠、溢洪口门、挑流段及泄水渠组成，全长518.72m。
引冲式自溃坝座落在非常溢洪口门上，坝体为粘土斜墙砂壳坝， 坝高8.72m， 上游干砌石护坡厚0.3m，下设碎石垫层厚0.2m。 下游为0.2m厚碎石护
坡。防渗粘土斜墙顶厚1.0m，底厚2.22m，下游坡比1∶1，斜墙底部嵌入基岩2.0m（见图1）。
自溃坝坝顶设5个1.8m×1.0m（宽×高）引冲槽，间距20m，槽底高程63.68m，低于启用水位1.0m，引冲槽采用平板闸门控制，操纵室布置在右岸。
3.1 计算参数
水库死水位为43.61m；汛限水位为53.51m；正常蓄水位为56.31m（口门底高程）；设计洪水位为62.38m（100年一遇洪水），相应下游水位为40m；校核洪
水位为64.68m（1000年一遇洪水）、相应下游水位为40m；水库最高洪水位为65.03m（2000年一遇洪水）。
3.2 坝体各种材料的渗透系数
坝体各种材料的渗透系数如表1所列。
表1 各种材料渗透系
3.3 坝体的概化模型
计算中将坝体分为三个区域、两种材料： 斜墙粘土区和坝体砂砾料区（见图1）。 自溃坝长度折合到单位宽度， 用平面散体元法计算坝体的自溃过
程。
3.4 坝体网格划分
为能真实地反映坝体的溃坝过程， 又不至于计算量太大， 将坝体分为859个块体，共18层，见图2。其中最底层作为不移动的刚性地基，用以支承坝
体。
3.5 渗流场分析
网格划分如图3所示，结点总数1429个。设计洪水位下相应的浸润线位置及等势线见图4，最大水力坡降为2.71，发生在粘土斜墙右底部。
校核洪水位情况下相应的浸润线位置及等势线见图4，最大水力坡降为3.84，发生在粘土斜墙的右底部。
图4 设计洪水位时渗流等水头线(单位:m)
3.6 溃坝历时计算
当库水位超过1000年一遇洪水时，启用非常溢洪口门泄洪，将引冲槽全部打开。此时假定上游水头不变，按照明槽恒定均匀紊流考虑。将各引冲槽的
水对槽侧壁及槽底的摩擦力折合到单位宽度上，谢才系数与摩擦系数之间的关系为：
水力半径 |
 |
；摩擦系数为 |
 |
坝体在溃决过程中时，对未受到冲刷的块体其受力状态仍按上述方法计算。对已受到冲刷而移动的块体除所受重力作用外还受到水对块体的绕流推力
作用，则块体按下式计算：
通过迭代计算，记录百余时刻的溃坝过程。
整个大坝的溃坝时间约为27～37min。溃坝时间与坝高的关系见图5。
3.7 稳定分析
根据毕肖普法，对坝体或连同坝基进行抗滑稳定安全校核。计算中假定一系列滑动面，分别计算和比较每个滑动面的安全系数，安全系数最小的滑动
面即确定为最危险滑动面。
图5 溃坝时间与坝高关系曲线图
经计算，基本荷载组合时安全系数为1.37，特殊荷载组合时安全系数为1.26。
4 结 语
自溃坝冲刷模拟计算采用一种不连续数值方法模型，结合洋河水库工程实例，计算溃坝总时间约为2220s。 坝体的溃决是依靠坝体过流及洪水的冲刷
作用，如果考虑坝体护坡的影响因素，溃坝时间将会有所延长。
静力分析当设计水位骤降时，其静力稳定安全系数基本可满足规范要求，但应采取一定措施减缓水位骤降速度，使孔隙水压力得以释放，提高上游边
坡静力稳定安全系数。
下游边坡在设计洪水位稳定渗流期和设计洪水位遇7度地震条件下的安全系数均满足规范要求。
在对坝体采取一定措施后，综合考虑各因素，坝体在正常运用条件下基本满足设计要求。
参考文献：
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[2] 黄蔚等.三维无压渗流场的有限元算法研究[J].水利学报，2001，(6):33～36.
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[4] 魏群.散体单元法的基本原理数值方法及程序.科学出版社，1991。
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