基于飽和—非飽和滲流理論對(duì)渠堤進(jìn)行滲流分析計(jì)算

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(jìn)行滲流分析計(jì)算。根據(jù)計(jì)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(jì)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(dòng)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(jì)算結(jié)果不能真實(shí)反應(yīng)地下水滲流，對(duì)防滲及邊坡穩(wěn)定計(jì)算有影響。S.P.Neuman曾提出引入有限單元法對(duì)飽和-非飽和土體建立有限控制方程進(jìn)行離散求解；Van Genuche得出的廣泛應(yīng)用的非飽和土體滲流計(jì)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(jìn)行滲流計(jì)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(diǎn)解釋為“土水勢(shì)”。其包括由重力場(chǎng)作用引起的重力勢(shì)，由壓強(qiáng)差引起的壓強(qiáng)勢(shì)和由土的基質(zhì)對(duì)水分的吸附作用產(chǎn)生的基質(zhì)勢(shì)，非飽和區(qū)基質(zhì)勢(shì)<0，飽和區(qū)基質(zhì)勢(shì)>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(biāo)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(jì)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(jì)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(chǎng)、水頭等值線、滲透坡降等值線分別見圖1圖2。

計(jì)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(dòng)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(diǎn)附近分布加密。滲流速度沿滲流路徑分布也較均勻，逸出點(diǎn)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(rùn)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(jì)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(tái)多級(jí)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(duì)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(duì)渠堤邊坡造成局部滲透破壞。

參考文獻(xiàn)：

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