土工膜在淤地坝蓄水改造中的应用

淤泥坝一般主要用于挡泥、淤泥，不进行长期蓄水。

如果将淤地坝改造成蓄水，一些山丘可以在短时间内得到解决

山区缺水。本研究采用平陆县何家庄骨头

以干粉砂坝为例，选用PE土工膜作为坝体蓄水防渗。

材料，进行土工膜防渗方案设计[1]，坝体防渗

对渗透性和稳定性两个关键技术问题进行了理论分析。

1 何家庄骨干坝及项目区概况

何家庄骨干坝位于平陆县步关乡早坡村。

郑沟河流域中游直入黄沟公路，距县城约10公里。

流域地貌为黄土残存台地沟壑区，耕地较多，植被稀疏。

地势破碎，沟壑纵横，水土流失十分严重。被测量

经计算，流域年径流量1088.9万立方米

，汛期输沙量占比

年输沙总量达95%以上，适宜筑坝。

大坝于2003年开工建设，2004年竣工投入运行。

好的。坝控流域面积6.7平方公里

，总库容59.4万立方米

，设计

洪水标准为20年一遇，校定洪水标准为200年一遇。

坝型为均质碾压土坝，坝高23.0m，坝顶宽度4m；

游泳坡度1：2.5，下游坡度1：2、1：1.5；

12m，宽度1.5m；坝体设有棱形反滤排水。做

是一座已运行多年的骨干坝，拦泥量16.8万立方米

, 淤泥层

11.3米厚。上游定标洪水位451.5 m，下游定标洪水位451.5 m。

水位430m。坝基高程430 m，上游校核水深21.5 m。

下游标定水深为0米。

坝控流域属典型的暖温带大陆性季风气候区。

春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季

寒冷且小雪。年平均气温13.8℃，极端最高气温41.3℃。

年末最低气温-13.3℃，年积温≥10℃为4466.3℃；

水量551.3毫米，主要集中在7-9月，雨型多为短历雨

偶发的强暴雨易造成地表径流和水土流失；

毛发体积2 281.6毫米，相当于年降水量的4倍多；一年一度的阳光

历期2 272 h，无霜期238.4天，最大冻土深度30 cm。

坝控流域涉及枣坡、王庄、上卓3个村，共1 200个村。

人口、劳动力550人、耕地280hm2

。据当地农民介绍

工业生产的发展对储水的需要。支持提水工程后，

农田年有效灌溉量166.67 hm2

。流固耦合原理及验证

4.1 流固耦合原理

在实际渗流过程中，由于孔隙流体压力

变化会引起土体骨架有效应力的变化，从而直接导致土体

土壤渗透性和孔隙度的变化；土壤的渗透性和孔隙度

这种变化反过来会影响孔隙流体的流动和压力的分布

布。这是流固耦合的本质[8]。在本研究中，直接耦合

组合法同时计算渗流场和应力场，通过计算机

通过动态迭代得到计算结果。具体方法是：使用ABAQUS

有限元软件提供的孔隙流体/应力耦合分析步骤，求

解决饱和土-非饱和土的渗流固结问题。在房地产领域

在模块中设置随孔隙比变化的渗透系数，并定义饱和度

渗透系数的变化；吸湿曲线定义、物料脱水

曲线，设置材料的莫尔-库仑塑性；在加载模块中

设置孔隙压力边界等；使用CPE4P的Mesh模块中的孔

将压力单元划分网格，并进行流固耦合分析；最终得到坝体

安全稳定系数。