敬　晨，李鵬飛

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

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Autobank 軟件在堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算中的應(yīng)用

敬晨1，李鵬飛2

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

摘要：利用Autobank軟件對堤防的穩(wěn)定滲流進(jìn)行了計(jì)算分析，基于有限元技術(shù)，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(shí)計(jì)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(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。分析發(fā)現(xiàn)，對于堤防滲流穩(wěn)定問題，Autobank軟件操作簡便，極大限度地提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：Autobank軟件；堤防；滲流穩(wěn)定；浸潤線；流速矢量

0引言

洪水災(zāi)害在國內(nèi)外都是居自然災(zāi)害中的首位，防洪工程建設(shè)是保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)安全的需要，為防范江河洪水泛濫成災(zāi)，人們主要采用修建堤防工程來防范洪水泛濫成災(zāi)。據(jù)調(diào)查顯示，國內(nèi)堤防的破壞絕大數(shù)是因?yàn)闈B流而引起的。因此，研究堤防的滲流穩(wěn)定具有重大的意義。

Autobank 軟件是針對我國水利行業(yè)的要求而設(shè)計(jì)，可對土壩、堤防、涵洞、水閘等水工建筑物進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算[1]，在水工滲流分析計(jì)算方面有很強(qiáng)的專業(yè)針對性，可以很好地滿足設(shè)計(jì)對二維滲流場有限元計(jì)算分析的需要。

本文利用Autobank 軟件進(jìn)行了堤防的滲流穩(wěn)定計(jì)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(wěn)定進(jìn)行了分析。

1模型介紹

本次選取的計(jì)算模型為黑龍江三江建設(shè)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(cè)邊坡坡比都為1∶3，在距離堤頂高差3 m的背水側(cè)，設(shè)置一寬2 m的戧臺。計(jì)算時(shí)采用的50 a一遇的設(shè)計(jì)洪水位，高程50.76m，水頭6.29m。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察所揭示的地層結(jié)構(gòu)，計(jì)算模型屬于土堤砂基。在長期高水頭作用下易產(chǎn)生流土或管涌變形，存在滲透穩(wěn)定隱患。故進(jìn)行堤防的滲透穩(wěn)定計(jì)算是十分必要的。

圖1計(jì)算模型

2模型計(jì)算

主要包括3個(gè)方面：

2.1計(jì)算過程

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

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

3)形成分區(qū)。選定一個(gè)分區(qū)，給分區(qū)設(shè)定材料屬性，重復(fù)操作直到每個(gè)分區(qū)的材料都被設(shè)定。

4)網(wǎng)格劃分。本次計(jì)算采用自動(dòng)劃分三角形單元的方式，計(jì)算三角形單元長度設(shè)定為1 cm，網(wǎng)格劃分模型見圖2。

5)上游水位及下游邊界線繪制。在設(shè)計(jì)水位與上游邊坡交點(diǎn)處開始沿著邊坡到上游堤腳最后沿著各個(gè)拐點(diǎn)繪制邊界線，并標(biāo)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(shù)據(jù)文件。

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

圖2網(wǎng)格劃分

2.2計(jì)算結(jié)果

圖3～6給出了堤防滲流計(jì)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(jì)算的結(jié)果，可以直觀觀察滲流計(jì)算的情況，為工程設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。從流速矢量圖可以看出在背水側(cè)堤腳處流速分布箭頭密而大，同時(shí)堤腳處的滲透比降為0.24，可見砂基堤腳處很容易發(fā)生滲透破壞影響壩體失穩(wěn)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(shè)當(dāng)中常用的防滲形式主要有，壓滲和防滲墻。本節(jié)就以上一節(jié)的基本斷面采取壓滲措施和防滲墻措施得到兩個(gè)計(jì)算模型，來分析采取滲控措施后的堤防滲流穩(wěn)定，圖7和圖8為分別采取壓滲和防滲墻的計(jì)算斷面。

圖7計(jì)算模型(壓滲)

圖8　計(jì)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(cè)坡腳附近點(diǎn)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。

圖9　流速矢量(壓滲)

圖10　流速矢量(防滲墻)

圖11　坡腳附近點(diǎn)滲透比降

圖12　坡腳附近點(diǎn)滲透比降(壓滲)

圖13　坡腳附近點(diǎn)滲透比降(防滲墻)

3結(jié)論

通過以上的分析計(jì)算，可以看出Autobank軟件能夠快速清晰的給出堤防滲流穩(wěn)定的結(jié)果，具有建模簡單，可視化強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為水利水電工程技術(shù)人員計(jì)算土壩滲流問題提供了極大的便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛昶熙，等.堤防工程手冊[S].北京：中國水利水電出版社，2009.

[作者簡介]敬晨(1983-)，男，河北昌黎人，工程師；李鵬飛(1987-)，男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：TV871

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)11-0048-03