Autobank 軟件在堤防滲流穩定計算中的應用

2015-03-07 08:51:34李鵬飛

黑龍江水利科技 2015年11期

敬　晨，李鵬飛

(1.黑龍江省三江工程建設管理局，哈爾濱 150081；黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

敬晨1，李鵬飛2

(1.黑龍江省三江工程建設管理局，哈爾濱 150081；黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：利用Autobank軟件對堤防的穩定滲流進行了計算分析，基于有限元技術，Autobank軟件清晰的給出了堤防水頭、滲透比降、流速矢量、滲流力等分布圖。同時計算分析了采取各種防滲措施后的堤防模型，并與原模型處理后的數據進行了對比分析。分析發現，對于堤防滲流穩定問題，Autobank軟件操作簡便，極大限度地提高了工作效率。

關鍵詞：Autobank軟件；堤防；滲流穩定；浸潤線；流速矢量

0引言

洪水災害在國內外都是居自然災害中的首位，防洪工程建設是保護人民財產安全的需要，為防范江河洪水泛濫成災，人們主要采用修建堤防工程來防范洪水泛濫成災。據調查顯示，國內堤防的破壞絕大數是因為滲流而引起的。因此，研究堤防的滲流穩定具有重大的意義。

Autobank 軟件是針對我國水利行業的要求而設計，可對土壩、堤防、涵洞、水閘等水工建筑物進行詳細的分析計算[1]，在水工滲流分析計算方面有很強的專業針對性，可以很好地滿足設計對二維滲流場有限元計算分析的需要。

本文利用Autobank 軟件進行了堤防的滲流穩定計算，分析了堤防的滲流水頭、滲透比降、滲流速度等的分布，并分對采取一定滲控措施后的堤防的滲流穩定進行了分析。

1模型介紹

本次選取的計算模型為黑龍江三江建設中的某一段堤防斷面，模型斷面見圖1。堤身高8.09m，堤頂寬度6m，迎背水側邊坡坡比都為1∶3，在距離堤頂高差3 m的背水側，設置一寬2 m的戧臺。計算時采用的50 a一遇的設計洪水位，高程50.76m，水頭6.29m。

根據工程地質勘察所揭示的地層結構，計算模型屬于土堤砂基。在長期高水頭作用下易產生流土或管涌變形，存在滲透穩定隱患。故進行堤防的滲透穩定計算是十分必要的。

圖1計算模型

2模型計算

主要包括3個方面：

2.1計算過程

1)把計算斷面在CAD中畫好，比例尺為1∶1000，模型中以m為單位，一個單位就是1 m。之后把計算斷面保存為DXF文件。打開Autobank軟件導入保存的DXF文件。

2)材料表導入信息。添加可能出現的材料的參數信息，由于本文主要計算滲流，只需填寫材料名稱、容重、滲透系數。

3)形成分區。選定一個分區，給分區設定材料屬性，重復操作直到每個分區的材料都被設定。

4)網格劃分。本次計算采用自動劃分三角形單元的方式，計算三角形單元長度設定為1 cm，網格劃分模型見圖2。

5)上游水位及下游邊界線繪制。在設計水位與上游邊坡交點處開始沿著邊坡到上游堤腳最后沿著各個拐點繪制邊界線，并標出水位線。同樣從沿著下游邊坡從堤頂處畫出出滲邊界線。

6)保存圖形文件，生成數據文件。

7)求解滲流場。查看滲流計算結果，結果給出了水頭、浸潤線、滲透比降、滲流速度等值線圖。

圖2網格劃分

2.2計算結果

圖3～6給出了堤防滲流計算的成果，分別為浸潤線位置示意圖、水頭等值線圖、流速矢量圖以及滲透比降等值線圖。

Autobank清新的給出了土壩滲流計算的結果，可以直觀觀察滲流計算的情況，為工程設計提供了設計依據。從流速矢量圖可以看出在背水側堤腳處流速分布箭頭密而大，同時堤腳處的滲透比降為0.24，可見砂基堤腳處很容易發生滲透破壞影響壩體失穩破壞。

圖3浸潤線位置

圖4　水頭等值線

圖5　流速矢量

圖6　滲透比降等值線

2.3滲控措施模型

滲流控制的基本方法是防滲與排滲，防滲有水平與垂直2種基本形式。在黑龍江三江建設當中常用的防滲形式主要有，壓滲和防滲墻。本節就以上一節的基本斷面采取壓滲措施和防滲墻措施得到兩個計算模型，來分析采取滲控措施后的堤防滲流穩定，圖7和圖8為分別采取壓滲和防滲墻的計算斷面。

圖7計算模型(壓滲)

圖8　計算模型(防滲墻)

為了對比分析滲控效果，給出了采取滲控措施后的流速矢量分布圖，見圖9～10，以及3種模型背水側坡腳附近點的滲透比降圖，見圖11～13。從圖中可以看出，對于采取滲控措施后的堤防，堤腳附近的流速和滲透比降都有減小，尤其是滲透速度減小非常明顯，可見對于砂基這種容易滲透破壞的堤防，采取一定的滲控措施是十分必要的。