土与反滤层接触面上入渗角对反滤效果的影响

摘要

坝体内部渗流方向通常因渗流部位的不同以及上下游水位的波动而产生变化，渗透水流在被保护土与反滤层之间的接触面上的入渗角并非正交。由于筑坝土料和反滤层两者的渗透系数差异较大，渗流入渗角引起接触面水力性状发生变化，进而会影响反滤层的反滤性能。利用PFC-3D软件分别建立渗流方向与接触面呈30°、45°、60°和90°夹角的数值模型，通过模拟计算被保护土颗粒的实时侵入率及其移动进入反滤层的深度，研究了不同方向渗流作用下的接触侵蚀与反滤效果。结果表明：渗流初始阶段，不同渗流方向下被保护土颗粒的侵入率、侵入深度差距较小；随着渗流时长的增加，呈90°夹角时的侵入率比较稳定且数值较小，侵入深度和接触面处的渗流速度最小，反滤层阻挡被保护土颗粒移动的能力较强；60°、45°和30°夹角时的滤土效果依次减弱，说明渗流方向与接触面的夹角越大，反滤效果越好；利用渗流折射原理讨论了计算结果的合理性，并与有关文献的试验结果进行了对比分析，认为在堤坝等水利工程中应重视填土与反滤层之间接触面的渗流入渗角的变化，尤其是界面上小角度入渗水流对反滤效果影响较大。

关键词

反滤层 / 渗流入渗角 / 反滤性能 / 颗粒流

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.41962016); 宁夏回族自治区重点研发计划资助项目(No.2018BFH03010)