理正軟件在烏斯渾河四合段堤防滲流分析中的應用

高至國，邴志海

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江牡丹江 157000)

四合堤防堤基上層為砂礫石，下層為均質黏土。堤基滲流按雙層地基考慮，根據實際情況簡化為背水側無限長等厚雙層地基，迎水側鋪蓋長度視不同斷面具體量測[8－9]。

1 工程概況

林口縣烏斯渾河四合堤防工程位于林口縣刁翎鎮四合村西北部，地處烏斯渾河左岸，上游起自四合公路大橋，下游到徐家村，堤防總長5.217 km。

烏斯渾河發源于林口縣中部寶林鄉的大楚山，由南向北縱貫林口縣西部，在東崗子村附近注入牡丹江，屬于牡丹江右岸一級支流，河道長154 km，流域面積4 244 km2，四合堤防處流域面積4 070 km2。堤防設計洪峰流量為1 689 m3/s。

擬加高培厚的烏斯渾河四合段堤防全長5 217 m，現狀堤高2～3 m。據勘察、走訪，該段堤防始建于是1993年，由刁翎鎮和四合村租用推土機從現堤腳兩側40 m內范圍內推積表土，堆筑而成，沒有進行專門碾壓。

建成后，2009年大水，該段堤防發生決口(樁號1+000～1+200)，決口長度 200 m，2010年使用挖掘機在堤防內、外側取土(粗粒土)堵口[1－2]。

加高培厚后烏斯渾河四合堤防可保護四合村人口421人，保護烏斯渾河左岸農田約280 hm2。四合堤防防洪標準確定為20 a一遇，工程級別為4級[3]。

2 堤防滲流分析計算

主要包括設計工況、計算方法及參數和計算結構3個部分:

2.1 設計工況

烏斯渾河四合堤防為土堤，堤基為雙層結構，上層為黏性土，下層為砂礫石。堤頂寬4 m，堤防上游邊坡采用1∶3.0，下游邊坡采用1∶2.5，堤身采均質土堤[4]。

根據《堤防工程設計規范》(GB50286—98)中規定，堤防滲流計算應計算下列水位的組合:

1)臨水側為設計洪水位，背水側為相應水位。

2)臨水側為設計洪水位，背水側為低水位或者無水。

3)洪水降落時對臨水側堤坡穩定最不利的工況[5]。

2.2 計算方法及參數

根據牡丹江市水利勘測設計院2011年5月堤防設計斷面，選用最不利斷面，計算方法采用北京理正軟件設計研究院《巖土工程系列軟件》，堤身浸潤線計算公式采用穩定滲流下游坡無排水情況計算[6－7]。

計算公式為:

式中:q為單位寬度滲流量，m3/(s·m);k為堤身滲透系數，m/s;H為上游水位，m;H2為下游水位，m;m1為上游坡坡率;m2為下游坡坡率。

浸潤線坐標計算公式為:

四合堤防堤基上層為砂礫石，下層為均質黏土。堤基滲流按雙層地基考慮，根據實際情況簡化為背水側無限長等厚雙層地基，迎水側鋪蓋長度視不同斷面具體量測[8－9]。

計算公式為:

式中:h為弱透水底板承壓水頭，m;A為越流系數;K0為強透水層滲透系數，m/s;K1為弱透水層滲流系數，m/s;T0為強透水層厚度，m;T為弱透水層厚度，m;X'為BC段橫坐標。

計算參數見表1。

表1 典型斷面計算參數表

2.3 計算結論

根據堤基、現有堤防斷面及筑堤土料指標，計算選用堤防臨水，堤前鋪蓋較短，堤基黏土層相對薄弱斷面作為計算代表性斷面。

依據上述原則，將四合堤防樁號3+050斷面作為代表性斷面進行計算，計算結果見表2。

表2 典型斷面滲流計算表

3 滲透穩定結論分析

根據堤防滲透穩定計算成果，四合堤防堤身滿足滲透要求，堤防堤后堤基垂直滲透比降過大，堤后需設置蓋重。

依據滲流計算成果，蓋重長度為10 m，蓋重厚度為1 m，蓋重采用砂石料。增加蓋重后，四合堤防堤身及堤基均可滿足設計需求。

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