劉洪鋮，邢旭飛，于士程

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林長春 130021）

1 概述

黃湖兩用堤是東平湖蓄滯洪區(qū)的重要組成部分，為1級(jí)大堤，其防洪作用不言而喻。泰西煤礦是擬建的中小型礦井，該礦井建成后，可以部分有效地緩解山東省資源短缺的狀況，為該省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力的支撐[1]。根據(jù)目前的規(guī)劃，泰西煤礦部分采區(qū)位于東平湖蓄滯洪區(qū)范圍內(nèi)。這就導(dǎo)致了煤層開采和堤防安全運(yùn)行之間的矛盾：煤層開采后，破壞了上覆巖土體的原有應(yīng)力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致巖土體內(nèi)應(yīng)力重新調(diào)整，會(huì)引起采區(qū)附近的巖土體發(fā)生變形甚至破壞。當(dāng)開采達(dá)到一定范圍以后，必將引起地表產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而對(duì)黃湖兩用堤產(chǎn)生不利的影響。因此，應(yīng)用綜合的研究手段，研究開采對(duì)堤防的影響，為在保證黃湖兩用堤（東平湖蓄滯洪區(qū)）安全運(yùn)行的同時(shí)，使地下煤炭資源得到合理的開發(fā)利用提供依據(jù)，具有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義[2]。

2 黃湖兩用堤安全保護(hù)范圍確定

堤防工程是保證河流安全最為重要的建筑物，為了保證堤防的安全和正常運(yùn)行，需要預(yù)留一定寬度的護(hù)堤地。根據(jù)《堤防工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》《山東河道管理?xiàng)l理》《山東省黃河工程管理辦法》和黃委會(huì)頒布的《工程管理設(shè)計(jì)若干規(guī)定》[3]，臨河堤背河護(hù)堤地寬度為10 m，安全保護(hù)區(qū)范圍為背河護(hù)堤地以外100 m。根據(jù)上述規(guī)范和條例要求，確定黃湖兩用堤安全煤護(hù)范圍為堤腳以外110 m。

3 煤層開采對(duì)堤防工程穩(wěn)定影響分析

地表沉陷后，在地面會(huì)形成一系列的裂縫。裂縫的出現(xiàn)，使地基由散體介質(zhì)滲流改變?yōu)榱严稘B流或管流，使防洪工程附近地下水滲流滲徑縮短，地表沉陷區(qū)內(nèi)地基滲透系數(shù)增大，有可能使堤防和地基內(nèi)滲透比降增大，對(duì)堤防的滲透穩(wěn)定不利。同時(shí)，地表發(fā)生變形和沉陷后產(chǎn)生的裂縫，會(huì)降低變形區(qū)域土體的強(qiáng)度，如果變形區(qū)域臨近堤防工程，則有可能影響到堤防工程堤坡的抗滑穩(wěn)定性，給堤防工程安全帶來不利影響[4]。因此，地表塌陷后，對(duì)堤防工程滲透穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定帶來的影響程度尤為關(guān)鍵。

3.1 煤層開采對(duì)堤防工程滲透穩(wěn)定影響分析

結(jié)合我國部分煤礦地表裂縫特征實(shí)測(cè)結(jié)果，假定在地表移動(dòng)波及范圍內(nèi)巖土體裂縫深度最大為10 m，在地表移動(dòng)區(qū)10 m埋深內(nèi)巖土體的滲透系數(shù)擴(kuò)大到原來的100倍，分析在該種情況下的堤防及地基中滲流場(chǎng)變化情況。

滲流計(jì)算參數(shù)的選取，對(duì)工程安全性判斷影響較大。黃湖兩用堤為近期加培、加固的工程。豐水期水位49.5 m下其地層滲透系數(shù)仍采用工程加固設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算參數(shù)，以保持工程評(píng)價(jià)結(jié)論的準(zhǔn)確性[5]。黃湖兩用堤滲流計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 滲流計(jì)算參數(shù)表

滲流計(jì)算采用GeoStudio軟件中Seep/W模塊進(jìn)行。取黃湖兩用堤橫剖面作為計(jì)算剖面，模型長271 m，875個(gè)節(jié)點(diǎn)，780個(gè)單元，黃河水位為49.5 m。計(jì)算模型如圖1所示。通過有限元滲流模型分析，現(xiàn)狀斷面單寬滲流量為2.88×10-6m3/s，最大滲透比降0.26，裂縫擴(kuò)展至距堤防坡腳110 m處時(shí)，斷面單寬滲流量為3.01×10-6m3/s，最大滲透比降為0.26，允許滲透比降為0.30。從計(jì)算分析看出，裂縫擴(kuò)展到堤防的安全保護(hù)范圍邊界時(shí)，與現(xiàn)狀斷面情況對(duì)比可以看出，單寬滲流量有稍許增大，但很不明顯；對(duì)堤防的滲透坡降影響也不顯著，并且都不會(huì)帶來堤防的滲透穩(wěn)定問題。

圖1 黃湖兩用堤滲透分析計(jì)算模型

3.2 煤層開采對(duì)堤防工程抗滑穩(wěn)定影響分析

采用中國水利水電科學(xué)研究院研發(fā)的STAB程序進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表2 抗滑計(jì)算參數(shù)表

黃湖兩用堤首先自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面，然后應(yīng)用簡化畢肖普法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。黃湖兩用堤的計(jì)算結(jié)果見圖2?，F(xiàn)狀斷面堤坡的穩(wěn)定系數(shù)在1.92左右，裂縫擴(kuò)展至距堤腳110 m處時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)仍為1.92左右，堤坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)沒有變化。

圖2 黃湖兩用堤抗滑計(jì)算成果圖

4 結(jié)語

利用GeoStudio軟件中Seep/W模塊及STAB軟件，對(duì)在煤層開采情況下黃湖兩用堤防的滲透穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果表明：在黃湖兩用堤安全煤護(hù)范圍為堤腳以外110 m條件下，黃湖兩用堤不存在滲透穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定問題。在此方案下，既保證了河堤不產(chǎn)生破壞，又使煤炭資源得到最大量的開采，使綜合社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大化。