堤防渗流稳定计算的探讨及应用

发表时间：2019-11-26T09:02:21.370Z 来源：《基层建设》2019年第24期 作者： 段荣 蒋宜

[导读] 摘要：渗透变形是造成堤防在洪水期间险情的主要原因之一，要确保堤防建设的安全运行，就要维护且保障堤防的渗流稳定性。 绵阳市水利规划设计研究院 四川绵阳 621000

摘要：渗透变形是造成堤防在洪水期间险情的主要原因之一，要确保堤防建设的安全运行，就要维护且保障堤防的渗流稳定性。本文针对堤防渗流稳定计算展开分析探讨，分析了不同的建设工程对堤防渗流稳定性的影响，并以某工程为例，进行应用的探析。 关键词：堤防渗流；渗流稳定；计算；应用；达西定律 前言

渗流问题会出现在多种工程中，影响着工程的质量，比如土建工程、水利工程、地质工程等，其中水利工程中研究的渗流，主要针对地表下的土壤以及地表人工堆砌的土体建筑物中的渗流情况。普遍都是在河道或者渠道上面修建水工建筑物，以土石坝，堤防最为常见，当建筑物修建完成之后，由于某些原因会造成渗流问题，建筑物或者土质地基会受到不良影响。因此，务必要重视渗流稳定的计算。 1.影响堤防渗流稳定的因素

⑴堤防渗流稳定受到穿堤建筑物的影响

穿堤建筑物的修建一般都伴随着堤防局部的开挖回填，且穿堤建筑物施工结束后，建筑物与堤防之间的接触面往往最易产生渗漏通道，渗流沿着接触面逐渐将土体颗粒冲出堤防外，最终造成渗透破坏，堤防就会出现沉降和变形的情况，并且接触冲刷的发展速度往往较快，对堤防的威胁很大，严重时会造成堤防溃堤。 ⑵堤防渗流稳定受到跨河堤建筑物影响

在跨河桥梁建筑工程中，要跨越河流两侧的堤防，因为桥墩所埋的桩基基础相对较深，土体会受到其扰动影响而导致易透水层的出现，且桩基施工的过程中所出现的震动，也会影响到土体的结构稳定性，因此桩周容易发生绕桩渗流，特别在土质较为松软的区域受到跨河建筑物的影响更加明显，要引起重视。

⑶堤防渗流稳定受到挖掘堤防后基坑的影响

建设取水泵房及取水井等建筑物的时候，普遍情况下都会在堤后挖掘基坑降水。在汛期的时候，基坑内的低水位和堤防迎水面的水位之间所出现的水头差较大，明显提高了堤防两侧的水力坡度，使堤防的稳定性受到影响[3]。所以，针对堤防后进行基坑挖掘的时候，要分析堤防和堤基的渗流情况，及堤防边坡的稳定性，并采取相应的工程防治措施。 2.渗流的相关介绍还有其基本原理

水在重力的作用下，透过土体发生运动，这一现象称为渗流，水在土中渗流，会导致三方面的问题：（1）蓄水工程出现渗漏，导致水量损失，影响工程效益。（2）使土体发生局部渗透变形破坏；（3）影响土体的固结、强度及稳定和工程施工。

1856年，法国学者达西对饱和砂土的渗透性进行了研究，发现在层流状态时，水在砂土中的渗流水量Q与渗流的水头差成正比，并与渗过试样的路径成反比，由此得出达西定律：

V---平均流速，cm/s； k---土的渗透系数，cm/s； i---水力坡降。

3.堤防渗流稳定的计算 （1）计算采用的软件：

本次计算使用河海大学编制的Autobank软件，该软件采用先进的有限元技术，运用自动网格划分功能，迭代计算法确定堤身浸润线及下游逸出点位置，软件使用了对不同土层交界面编号和控制圆弧数目的有效方法，在大范围内对多种土质组成的任何边坡形状进行搜索，计算确定边坡各种破坏面的最危险安全系数。 （2）算例：

某工程设计于涪江内取水，采用两根DN1000自流管道，敷设于河床以下，穿越涪江河堤，连接至堤后的三水厂取水泵站内。自流管敷设于河床冲刷水位以下。

工程区涪江右岸堤防于80年代建成，堤防位于绵阳市主城区，保护绵阳市城区现有人口57.12万人，面积62km2，大中型企业44家，堤防防洪设计标准为50年一遇，堤防工程级别为2级。根据工程河段洪水水面线计算成果，自流管道穿堤位置的河道水面高程为466.39m。 自流管道穿堤位置的堤防断面为：复式斜坡堤，堤身为砂砾石料填筑，堤顶总宽16.1m，为堤路结合型式，堤顶高程467.88m，堤顶至马道斜坡坡比为1:1.5，马道高程464.90m，宽2.5m，马道至防冲齿墙斜坡坡比为1:1.5，防冲齿墙顶高程为460.00m，齿墙底高程为456.00m。坡面为水泥砂浆砌条石衬护，马道以上衬护厚度0.35m，马道以下衬护厚度0.7m。堤顶人行道背坡为重力式挡墙，交通车行道紧邻其后布置，低于人行道顶0.6m。背水坡于高程465.97m处有处马道，马道宽1.5m，马道以上至堤顶坡比1:2.9，马道以下至地面坡比为1:1.375，为草皮护坡。堤后地面高程约493.00m，距离堤脚6.7m位置有排水沟。 （3）计算参数的选取：

根据地质报告堤防堤身为砂卵石填筑，渗透系数取8.5×10-3cm/s；地基①松散卵石层，渗透系数取1.5×10-2cm/s；②稍密卵石层，渗透系数取2.5×10-2cm/s；③中密卵石层，渗透系数取6.5×10-3cm/s；

本次计算采用增大管道所在土层的土体的渗透系数的方法来模拟管道对土体的扰动情况，将管道所在的稍密砂卵石层的渗透系数增大为9.5×10-2cm/s；

图一 浸润线（穿堤前） （4）计算工况及计算结果： 计算工况为设计洪水位下的稳定渗流期，设计洪水位（p=2%）=466.39m，背水侧无水。 计算结果： 图二 浸润线（穿堤后） 图三 流速矢量图（穿堤前） 图四 流速矢量图（穿堤后） （5）成果分析： 经过对比，穿堤后浸润线略高于穿堤前浸润线，变化不是很大，穿堤后的单宽渗流量及最大出逸水力梯度均大于穿堤前，由此可见堤防的渗流稳定在一定程度上还是会受到管道穿越的影响，堤防在浸润线出口处的流速及水力梯度均达到最大值，砂卵石堤身的最大出逸水力梯度较大，应做好反滤，保护堤坡。 4.结束语 通过上文的分析讨论，为确保水利工程的安全性和稳定性，应重视堤防的渗流稳定计算，对已建堤防定期检查和维修，重视新建设项目对已建堤防的影响，采取必要的防渗保护措施，保证堤防的安全运行。 参考文献 [1]杜易杰,张丹汝,李龙.基于AutoBank软件对堤防渗流稳定的计算应用[J].水利科技与经济,2014:161-163+166. [2]敬晨,李鹏飞.Autobank软件在堤防渗流稳定计算中的应用[J].黑龙江水利科技,2015,v.43(11):52-54. [3]陈坚.对堤防稳定渗流形成条件的探讨[J].建设科技,2006(13):127. [4]张汇洲,周耀刚.渗流及渗透稳定计算应用[J].黑龙江水利科技,2011(02):115-116. [5]韦富英,吴新广,刘春丽.堤防的渗流稳定及防渗设计[J].水利科技与经济,2004(01):25. [6]殷素娟,张立,田大永,雷崇方.堤防渗流计算若干问题的探讨[J].地下水,2017(06):106-107.