李俊杰

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)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(guān)系到人民群眾的生命、財產(chǎn)的安危。大量洪災(zāi)資料表明，在大堤洪災(zāi)中，管涌險情數(shù)量最多，分布范圍廣，且易誘發(fā)重大險情，甚至導(dǎo)致大堤潰口，是江河大堤災(zāi)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(jī)理。毛海濤等[4]以局部存在淺層強(qiáng)透水層的砂土堤基為研究對象，借助室內(nèi)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(jī)理。上述學(xué)者主要針對室內(nèi)試驗?zāi)Ｐ?，研究單、雙、多層及局部埋藏較淺的強(qiáng)透水層堤基的管涌破壞過程及機(jī)理，但針對含有強(qiáng)透水層的堤基對堤防工程的滲流穩(wěn)定影響的工程實例研究還較少見，因此研究含有強(qiáng)透水層的堤基對堤防工程穩(wěn)定性的影響，防止?jié)B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(qiáng)透水層堤基對堤防工程滲流穩(wěn)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(jì)70年代開始研發(fā)，經(jīng)過40多年的發(fā)展，它已經(jīng)成為世界級的邊坡穩(wěn)定性分析和非飽和滲流、地震動力響應(yīng)方面的專業(yè)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(yè)分析軟件。SEEP/W是基于有限元方法進(jìn)行土體滲流分析的數(shù)值模擬軟件，廣泛應(yīng)用于巖土工程相關(guān)的滲流分析，基于非飽和土力學(xué)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(hù)坡的形式。堤頂總寬6.0m，臨水側(cè)堤肩設(shè)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(shè)計，土堤迎水側(cè)坡面坡比1∶3，背水側(cè)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(guī)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(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)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(chǔ)為達(dá)西定律。達(dá)西定律與連續(xù)方程結(jié)合，從而得到穩(wěn)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(shù)；h為水頭函數(shù)。

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(wěn)定滲流方程為[6]：

(2)

4.2 計算分析

4.2.1 計算參數(shù)選取

各類材料物理力學(xué)參數(shù)推薦值見表1。

表1 工程材料物理力學(xué)參數(shù)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(guī)律，但各土層厚度的變化較大。本次滲流計算采用設(shè)計洪水穩(wěn)定滲流工況，并分別對強(qiáng)透水層厚度相同、埋置深度不同，強(qiáng)透水層埋置深度相同、厚度不同的地層進(jìn)行滲流分析，從而得出強(qiáng)透水層對堤防工程滲流穩(wěn)定的影響。強(qiáng)透水層厚度相同、埋置深度不同滲流穩(wěn)定分析結(jié)果見表2及圖1-圖7。強(qiáng)透水層埋置深度相同、厚度不同滲流穩(wěn)定分析結(jié)果見表3及圖8-圖15。

表2 強(qiáng)透水層厚度相同、埋置深度不同滲流穩(wěn)定分析結(jié)果

表3 強(qiáng)透水層厚度不同、埋置深度相同滲流穩(wěn)定分析結(jié)果

圖1 YD2+928不加防滲措施滲透比降云圖

圖2 YD2+928加防滲措施滲透比降云圖

圖3 ZD2+607不加防滲措施滲透比降云圖

圖4 ZD2+607加防滲措施滲透比降云圖

圖5 YD3+120不加防滲措施滲透比降云圖

圖6 YD3+120加防滲措施滲透比降云圖

圖7 ZD3+044 不加防滲措施滲透比降云圖

圖8 YD2+705 不加防滲措施滲透比降云圖

圖9 YD2+705 加防滲措施滲透比降云圖

圖10 ZD2+314 不加防滲措施滲透比降云圖

圖11 ZD2+314 加防滲措施滲透比降云圖

圖12 ZD2+920 不加防滲措施滲透比降云圖

圖13 ZD2+920 加防滲措施滲透比降云圖

圖14 ZD1+977 不加防滲措施滲透比降云圖

圖15 ZD1+977加防滲措施滲透比降云圖

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié) 論

由表2及圖1-圖7滲透比降云圖可知，強(qiáng)透水層對堤防工程的滲透穩(wěn)定存在一定的影響，當(dāng)強(qiáng)透水層厚度相同時，埋深在4.0 m以下時，不加防滲措施，出逸點及透水層的滲透比降很難滿足允許滲透比降；當(dāng)強(qiáng)透水層埋深在6.0 m時，不加防滲措施，出逸點及透水層的滲透比降均能滿足允許滲透比降要求。

由表3及圖8-圖15滲透比降云圖可知，強(qiáng)透水層深度在4.0 m時，強(qiáng)透水層厚度的減小并不能使強(qiáng)透水層上覆蓋層滲透比降及出逸點的滲透比降滿足允許滲透比降。

由表2、表3和滲透比將云圖可知，強(qiáng)透水層厚度在一定范圍內(nèi)對堤防工程滲流穩(wěn)定影響較小，反而強(qiáng)透水層的埋置深度在一定范圍內(nèi)對堤防工程滲流穩(wěn)定影響較大。在堤防工程增加防滲措施之后堤防工程出逸點的滲透比降有明顯的減小，往往防滲措施的底部相對于堤防其他部位滲透比降較大。

5.2 建 議

在堤防工程設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)對堤防工程地基中的強(qiáng)透水層引起重視。根據(jù)不同地域的堤防工程，針對有含強(qiáng)透水層地基的堤防工程應(yīng)加強(qiáng)計算復(fù)核滲流穩(wěn)定性，還應(yīng)重視加垂直防滲之后垂直防滲端部滲透比降對堤防工程滲流穩(wěn)定的影響。