基于Geo-Studio軟件分析含強透水層堤基對堤防工程的滲流穩定影響

2020-06-23 03:31:54李俊杰

水利科技與經濟 2020年6期

李俊杰

(深圳市水務規劃設計院股份有限公司，廣東深圳 518000)

1 概述

堤防是水利水電工程中重要的建筑物之一，其安全關系到人民群眾的生命、財產的安危。大量洪災資料表明，在大堤洪災中，管涌險情數量最多，分布范圍廣，且易誘發重大險情，甚至導致大堤潰口，是江河大堤災汛期危害最大的險情之一[1]。羅玉龍等[2]、陳建生等[3]借助砂槽模擬試驗分別觀察管涌的破壞過程，通過分析試驗中的參量研究管涌的破壞機理。毛海濤等[4]以局部存在淺層強透水層的砂土堤基為研究對象，借助室內砂槽模型試驗，觀察堤基管涌破壞的工程，通過試驗研究管涌破壞機理。上述學者主要針對室內試驗模型，研究單、雙、多層及局部埋藏較淺的強透水層堤基的管涌破壞過程及機理，但針對含有強透水層的堤基對堤防工程的滲流穩定影響的工程實例研究還較少見，因此研究含有強透水層的堤基對堤防工程穩定性的影響，防止滲透破壞具有重要意義。本文針對賀州市賀江干流堤防工程實例，分析含有埋置深度不同、厚度不同的強透水層堤基對堤防工程滲流穩定的影響。

2 軟件介紹

Geo-Studio軟件為國際巖土界享有盛名的Fredlund教授從20世紀70年代開始研發，經過40多年的發展，它已經成為世界級的邊坡穩定性分析和非飽和滲流、地震動力響應方面的專業軟件。SEEP/W是Geo-Studio系列軟件中非常重要的一個軟件，是非飽和土滲流方面的專業分析軟件。SEEP/W是基于有限元方法進行土體滲流分析的數值模擬軟件，廣泛應用于巖土工程相關的滲流分析，基于非飽和土力學的計算原理使得SEEP/W能夠處理飽和及非飽和滲流[5]。

3 工程概況

賀江干流某段堤防工程采用土堤+草皮護坡的形式。堤頂總寬6.0m，臨水側堤肩設高0.5 m防浪墻，堤頂路面采用普通瀝青路面。堤防按照50年一遇設計，土堤迎水側坡面坡比1∶3，背水側坡面坡比為1∶2，坡面種植草皮綠化，堤身填土采用均值黏性土壓實，填土清基不小于0.5 m，壓實度不小于0.93，坡腳采用石籠齒墻壓腳。

該項目河道沿線多為河漫灘及一級階地，巖土層分布在水平方向上變化較大，在垂直方向上有一定的沉積規律，但各土層厚度的變化較大。同時，兩岸的地層分布亦有一定的差異，不同河段的地層結構及工程地質條件亦有所差異。

4 計算分析

4.1 滲流分析原理

滲流分析的理論基礎為達西定律。達西定律與連續方程結合，從而得到穩定滲流的微分方程式：

(1)

式中：kx，ky，kz為3個滲透主軸方向上的滲透系數；h為水頭函數。

在本文中，將堤防滲流問題簡化為二維滲流問題(x-z面)，從而穩定滲流方程為[6]：

(2)

4.2 計算分析

4.2.1 計算參數選取

各類材料物理力學參數推薦值見表1。

表1 工程材料物理力學參數推薦值

4.2.2 堤防滲流計算分析

該項目堤防地基巖土層分布在水平方向上變化較大，在垂直方向上有一定的沉積規律，但各土層厚度的變化較大。本次滲流計算采用設計洪水穩定滲流工況，并分別對強透水層厚度相同、埋置深度不同，強透水層埋置深度相同、厚度不同的地層進行滲流分析，從而得出強透水層對堤防工程滲流穩定的影響。強透水層厚度相同、埋置深度不同滲流穩定分析結果見表2及圖1-圖7。強透水層埋置深度相同、厚度不同滲流穩定分析結果見表3及圖8-圖15。