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        基于飽和—非飽和滲流理論對渠堤進行滲流分析計算

        2017-10-19 08:40:48付月丹
        水能經(jīng)濟 2017年9期

        付月丹

        【摘要】本文基于飽和-非飽和滲流理論,建立渠堤邊坡二維滲流模型,利用Geo-Studio的SEEP/W進行滲流分析計算。根據(jù)計算結(jié)果,得出滲流速度、滲透坡降,滲透流量等參數(shù),并提出相應(yīng)工程措施,避免發(fā)生滲透破壞,為類似非飽和土體滲流分析計算提供參考。

        【關(guān)鍵詞】滲流;飽和-非飽和;滲透坡降;防滲措施

        前言

        一般情況下,我們把流體在多孔介質(zhì)中的流動稱為“滲流”,傳統(tǒng)土石壩或堤壩滲流分析,常忽略非飽和土的滲透性,造成計算結(jié)果不能真實反應(yīng)地下水滲流,對防滲及邊坡穩(wěn)定計算有影響。S.P.Neuman曾提出引入有限單元法對飽和-非飽和土體建立有限控制方程進行離散求解;Van Genuche得出的廣泛應(yīng)用的非飽和土體滲流計算公式。本文在理論的基礎(chǔ)上,擬合土壤水分特征曲線,利用有限分析軟件Geo-Studio的SEEP/W建立二維滲流模型進行滲流計算,并提出相應(yīng)的防滲措施,為類似飽和-非飽和渠堤或堤壩滲流分析提供參考。

        1、飽和與非飽和滲流理論

        飽和-非飽和土體所具備的能量用力學(xué)觀點解釋為“土水勢”。其包括由重力場作用引起的重力勢,由壓強差引起的壓強勢和由土的基質(zhì)對水分的吸附作用產(chǎn)生的基質(zhì)勢,非飽和區(qū)基質(zhì)勢<0,飽和區(qū)基質(zhì)勢>0。

        根據(jù)質(zhì)量守恒定律以及假定滲透系數(shù)張量與坐標方向一致,

        得出:

        上式即為飽和-非飽和滲流基本微分方程。

        2、 數(shù)值分析計算

        本文選取某電站右岸渠堤,堤身采用砼面板砂卵石填筑,尾水渠底寬91m,正常水深7.94m,尾水渠道地質(zhì)結(jié)構(gòu)為第四系沖積層(Q42al、Q41al),地層巖性存在卵礫石夾砂、粘質(zhì)或粉質(zhì)土,覆蓋層堆積厚度12~26m,下伏基巖為白堊系,下統(tǒng)夾關(guān)組(K1j)。計算工況選擇為:施工期尾水渠開挖至建基面高程354.5m,右岸地下水位為豐水期地下水位374.5m。典型剖面的滲流場、水頭等值線、滲透坡降等值線分別見圖1圖2。

        計算結(jié)果表明:

        (1)右岸地下水滲流特征主要反應(yīng)在覆蓋層區(qū)域內(nèi),即滲流通道主要位于覆蓋層,各剖面滲流特征均符合地下水流動規(guī)律;

        (2)各剖面的水頭等值線均從影響范圍邊界向尾水渠中心降低,沿滲流路徑變化緩慢,分布較均勻,在滲流逸出點附近分布加密。滲流速度沿滲流路徑分布也較均勻,逸出點最大坡降在0.5~0.6略大于覆蓋層允許值有滲透破壞的可能性,總滲流量為0.042m3/s;

        (3)各剖面滲透坡降等值線隨著浸潤線的降低而增大。渠堤邊坡以外,滲透坡降等值線分布較疏,變化緩慢;渠堤邊坡坡腳處,滲透坡降等值線分布較密,且變化較快。

        3、工程措施及建議

        鑒于滲流計算得出滲流量較大及滲透坡降較大,易產(chǎn)生滲透破壞的可能性,因此需采取相應(yīng)工程措施:1)右堤邊坡間隔3m設(shè)置梅花樁形式的排水管,按每根排水管0.5L/s的排水量,間隔一定距離設(shè)置一臺多級離心泵,抽水量在6.3m3/h;2)為保證局部邊坡穩(wěn)定,防止?jié)B透破壞,擬對邊坡采取反濾層、透水土工布、壓重等工程措施,控制右岸地下水對渠堤邊坡造成局部滲透破壞。

        參考文獻:

        [1] 陳崇希,林敏.地下水動力學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1999.

        [2] Neuman,S.P.Galerkin approach to saturated-unsaturated flow in porous media.Finite elements in fluids.vol.1.viscous flow and hydrodynamical.London:Wiley 1974:201-217.

        [3] 李廷,吳玉山,程祖鋒.碎石填土地基的動力固結(jié)試驗[J].巖土力學(xué),2001,22(2):201-206

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