摘 要：堤防是防洪的重要屏障，但多數(shù)堤防缺乏可靠的滲流控制，這也是汛期產(chǎn)生洪災(zāi)險(xiǎn)情的主要原因。本文就小流域堤防滲流設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并將結(jié)合某工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了堤防滲流的要點(diǎn)，可供參考。

關(guān)鍵詞：堤防滲流；滲流計(jì)算；小流域

堤防與水庫土壩滲流的主要區(qū)別在于水庫是長期蓄水，壩內(nèi)可以形成穩(wěn)定滲流，而堤防是在汛期短期擋水，屬于一種擋水建筑。但當(dāng)遇上季節(jié)性暴雨，就要考驗(yàn)堤防滲流控制的穩(wěn)定性了。因此，要做好堤防滲流的設(shè)計(jì)，首先要判別土料的滲透變形，然后要對堤防進(jìn)行滲透穩(wěn)定的正確分析與計(jì)算，從而滿足滲透穩(wěn)定的要求，保障堤防的質(zhì)量。

1 滲流分析

滲流分析計(jì)算時(shí)選用為小流域堤防典型斷面均質(zhì)土堤，堤身高6m，上游水頭5m，下游無水，上、下游堤坡均為1：2.0，堤頂寬3m?；A(chǔ)為單層基礎(chǔ)，厚5m，典型斷面見圖1。

圖1 堤防典型斷面圖

1.1 穩(wěn)定滲流計(jì)算

分別采用公式法及滲流有限元分析兩種方法對不同情況進(jìn)行分析計(jì)算，當(dāng)?shù)谭阑A(chǔ)的滲透系數(shù)比堤身的滲透系數(shù)小100倍及以上時(shí)，認(rèn)為地基為不透水地基。

1）公式法—不透水堤基滲流計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）附錄E中相關(guān)公式，分別改變堤防上游邊坡m1、下游邊坡m2及堤身滲透系數(shù)k，研究堤身滲漏量（q）、出逸點(diǎn)高度（h0）及堤腳滲透比降JA，JB與這些參數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算成果見表1。

表1 不透水地基滲透穩(wěn)定影響因素分析表

從表1可知，堤身滲漏量與滲透系數(shù)大小成正比，但滲透系數(shù)大小不影響出逸點(diǎn)高度h0及滲透比降JA，JB。堤腳的滲透比降僅與下游邊坡m2的大小有關(guān)，下游邊坡越緩，堤腳滲透比降越小?？紤]到在小流域堤防滲流控制中，控制的關(guān)鍵為滲透穩(wěn)定性，故可認(rèn)為在不透水地基上的小流域堤防，可通過適當(dāng)放緩下游堤坡的方式，減小堤腳的滲透比降。

2）公式法—透水堤基滲流計(jì)算

根據(jù)《規(guī)范》附錄E中相關(guān)公式，分別改變堤身滲透系數(shù)k和堤基滲透系數(shù)k0，研究滲漏量q、出逸點(diǎn)高度h0與滲透系數(shù)k，k0之間的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 透水地基滲透系數(shù)與出逸點(diǎn)高度相關(guān)關(guān)系表（公式法）

注：k=0.864m/d相當(dāng)于k=10-3cm/s。

由計(jì)算可知，出逸點(diǎn)高度與k/k0值相關(guān)，k/k0值越小，出逸點(diǎn)高度也越低。也就是說，在堤基滲透系數(shù)一定的情況下，可通過減小堤身的滲透系數(shù)來降低出逸點(diǎn)的高度。

根據(jù)《規(guī)范》，透水地基均質(zhì)土堤沿滲出段AB的滲透比降為，沿地基段BC的滲透比降為。

從上述公式可以看出，透水地基的滲透比降同不透水地基情況類似，均與下游堤坡m2相關(guān)，當(dāng)下游邊坡為1：2時(shí)，JA=0.447，JC=0.354，放緩下游堤坡可降低堤腳的滲透比降。但該公式在靠近坡腳B點(diǎn)處計(jì)算出的水力比降J=∞，說明公式在該段內(nèi)的計(jì)算是存在缺陷的，同時(shí)也說明該部位易發(fā)生滲透破壞，設(shè)計(jì)需引起注意。

3）有限元法—透水地基

與表2相對應(yīng)，采用“理正滲流分析軟件”對透水地基堤防進(jìn)行有限元法計(jì)算，成果見表3。

表3 透水地基公式法與有限元法計(jì)算成果比較表

由表3可知，采用有限元法計(jì)算下游堤坡的出逸點(diǎn)，滲透比降與公式法計(jì)算結(jié)果基本相同。下游堤坡與地面相交處的滲透比降最大，根據(jù)對典型斷面的計(jì)算結(jié)果，該處滲透比降可達(dá)到0.65，此數(shù)值大于一般堤防填筑材料的允許滲透比降，若洪水過程持續(xù)時(shí)間長，堤身能形成穩(wěn)定滲流。

鑒于良好的反濾保護(hù)可大幅度提高無粘性土的允許滲透比降，故滲流控制措施的重點(diǎn)是對下游堤腳的反濾排水進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。非管涌型土在良好的反濾保護(hù)下，允許滲透比降可達(dá)到0.75以上，即可滿足堤防滲透穩(wěn)定要求。管涌型土在良好的反濾保護(hù)下，允許滲透比降僅能達(dá)到0.3～0.75，不能滿足堤身滲透穩(wěn)定要求，故堤身填筑應(yīng)避免采用管涌型土，堤防及基礎(chǔ)如果為管涌型土，僅靠出口的反濾保護(hù)是不夠的，需要放緩堤防下游邊坡或在上游側(cè)采取防滲措施。

1.2 非穩(wěn)定滲流計(jì)算

小流域堤防的擋水是季節(jié)性的，在擋水時(shí)間內(nèi)不一定能形成穩(wěn)定滲流的浸潤線，這與小流域洪水的持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)，故對不同地區(qū)小流域的洪水過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)流域集雨面積越小，洪水持續(xù)時(shí)間越短，該工程洪水持續(xù)時(shí)間基本在1d以內(nèi)。

注：小流域堤防設(shè)計(jì)中對洪水過程的關(guān)注度不高，一般不計(jì)算洪水過程，故收集不同地區(qū)水庫設(shè)計(jì)中相關(guān)資料，洪水過程持續(xù)時(shí)間按照大于10%Q洪峰統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)《規(guī)范》，不穩(wěn)定滲流浸潤線計(jì)算見圖2。

圖2 不穩(wěn)定滲流計(jì)算簡圖

滲流在背水坡坡腳出現(xiàn)所需時(shí)間T為：

式中：n0—土的有效孔隙率，n0=n（1-SW%），n為孔隙率，SW%為飽和度；k—堤身滲透系數(shù)，采用大值平均值或試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的較大值；H—上游水頭，m；t—洪水持續(xù)時(shí)間。

當(dāng)洪水持續(xù)時(shí)間t

現(xiàn)假設(shè)k=1×10-3cm/s，孔隙率n=0.3（砂礫石），飽和度Sw=50%（很濕），對典型斷面圖3進(jìn)行非穩(wěn)定滲流計(jì)算，滲流在背水坡坡腳出逸所需時(shí)間為6.3d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小流域內(nèi)一場洪水持續(xù)的時(shí)間。因此可以認(rèn)為小流域內(nèi)的洪水一般形不成穩(wěn)定滲流，滲流浸潤線一般不會在下游堤坡上出逸。

2 結(jié)語

綜上所述，堤防滲流設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要讓堤防建設(shè)滿足滲流穩(wěn)定的要求，這就要求我們要做好有關(guān)滲流穩(wěn)定的分析和計(jì)算，當(dāng)然為了保障堤防的質(zhì)量，還可以通過降低下游堤坡的方式降低堤腳的滲透比降，還可以設(shè)置反慮保護(hù)，從而保證堤防滲流安全。

參考文獻(xiàn)

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