考虑混凝土面板裂缝的堆石坝三维渗流敏感性分析

摘 要：为研究面板有裂缝时堆石坝渗透系数对其渗流特性的影响，以青海省某混凝土面板堆石坝为例，结合等效区块连续介质模型和Ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ 模型，提出考虑混凝土面板裂缝的饱和－非饱和渗流计算方法。通过设计正交试验开展堆石坝渗透系数敏感性分析，利用响应面法研究各部位渗透系数之间的交互作用对大坝总渗流量Ｑ 和下游坡脚渗透坡降Ｊ 的影响。结果表明：坝体各分区渗透系数对Ｑ、Ｊ 的敏感程度不同，对大坝渗流特性影响显著的３ 个渗透系数为垫层渗透系数（Ｋａ ）、主堆石区渗透系数（Ｋｃ ）、覆盖层Ｑａ１３ 渗透系数（Ｋｅ）。对于Ｑ 来说，各分区渗透系数的交互作用均不显著，而对于Ｊ 来说，Ｋａ与Ｋｃ、Ｋａ 与Ｋｅ 的交互作用呈现出显著性。

关键词：面板裂缝；敏感性；正交试验设计法；响应面法；非饱和渗流；堆石坝

中图分类号：ＴＶ２２３．４；ＴＶ６４１．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．０２７

引用格式：李一帆，孙新建，李国超．考虑混凝土面板裂缝的堆石坝三维渗流敏感性分析［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（８）：１５５－１６０．

０ 引言

混凝土面板堆石坝因其益本比高、施工简单、工期短等优势得到了广泛应用［１］ 。然而，混凝土面板在复杂水文条件、温度变化以及坝体沉降等影响下，难免会出现裂缝［２－４］ 。在传统的三维渗流分析中，通常将材料的渗透系数视为恒定，但实际上材料的渗透系数受颗粒级配、密实度和施工方法等多种因素的影响，同一介质的渗透系数会在一定范围内波动［５］ 。因此，在面板有裂缝时深入了解材料渗透系数对大坝渗流行为的影响具有重要意义。

在水利工程领域，参数敏感性分析是评估各参数对试验指标影响的重要手段，常用方法包括单因素法和多因素法。周青等［６］ 以阿青水电站沥青心墙坝为例，采用单因素敏感性分析法研究了坝区材料、覆盖层和心墙渗透系数对大坝渗流行为的影响；赵迪等［７］ 以金佛山混凝土面板堆石坝为例，采用单因素敏感性分析法研究了防渗帷幕尺寸和坝基渗透系数对大坝渗流特性的影响；温立峰等［８］ 采用单因素敏感性分析法，分析了防渗墙深度、铺盖长度、覆盖层土体渗透性对大坝渗流的影响。单因素敏感性分析法计算简单且能直观地呈现参数的影响，但其仅适用于参数较少的情况。