Autobank 软件在堤防渗流稳定计算中的应用

2015-03-07李鹏飞

黑龙江水利科技 2015年11期

关键词：堤防

敬　晨，李鹏飞

(1.黑龙江省三江工程建设管理局，哈尔滨 150081；黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

Autobank 软件在堤防渗流稳定计算中的应用

敬晨1，李鹏飞2

(1.黑龙江省三江工程建设管理局，哈尔滨 150081；黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：利用Autobank软件对堤防的稳定渗流进行了计算分析，基于有限元技术，Autobank软件清晰的给出了堤防水头、渗透比降、流速矢量、渗流力等分布图。同时计算分析了采取各种防渗措施后的堤防模型，并与原模型处理后的数据进行了对比分析。分析发现，对于堤防渗流稳定问题，Autobank软件操作简便，极大限度地提高了工作效率。

关键词：Autobank软件；堤防；渗流稳定；浸润线；流速矢量

0引言

洪水灾害在国内外都是居自然灾害中的首位，防洪工程建设是保护人民财产安全的需要，为防范江河洪水泛滥成灾，人们主要采用修建堤防工程来防范洪水泛滥成灾。据调查显示，国内堤防的破坏绝大数是因为渗流而引起的。因此，研究堤防的渗流稳定具有重大的意义。

Autobank 软件是针对我国水利行业的要求而设计，可对土坝、堤防、涵洞、水闸等水工建筑物进行详细的分析计算[1]，在水工渗流分析计算方面有很强的专业针对性，可以很好地满足设计对二维渗流场有限元计算分析的需要。

本文利用Autobank 软件进行了堤防的渗流稳定计算，分析了堤防的渗流水头、渗透比降、渗流速度等的分布，并分对采取一定渗控措施后的堤防的渗流稳定进行了分析。

1模型介绍

本次选取的计算模型为黑龙江三江建设中的某一段堤防断面，模型断面见图1。堤身高8.09m，堤顶宽度6m，迎背水侧边坡坡比都为1∶3，在距离堤顶高差3 m的背水侧，设置一宽2 m的戗台。计算时采用的50 a一遇的设计洪水位，高程50.76m，水头6.29m。

根据工程地质勘察所揭示的地层结构，计算模型属于土堤砂基。在长期高水头作用下易产生流土或管涌变形，存在渗透稳定隐患。故进行堤防的渗透稳定计算是十分必要的。

图1计算模型

2模型计算

主要包括3个方面：

2.1计算过程

1)把计算断面在CAD中画好，比例尺为1∶1000，模型中以m为单位，一个单位就是1 m。之后把计算断面保存为DXF文件。打开Autobank软件导入保存的DXF文件。

2)材料表导入信息。添加可能出现的材料的参数信息，由于本文主要计算渗流，只需填写材料名称、容重、渗透系数。

3)形成分区。选定一个分区，给分区设定材料属性，重复操作直到每个分区的材料都被设定。

4)网格划分。本次计算采用自动划分三角形单元的方式，计算三角形单元长度设定为1 cm，网格划分模型见图2。

5)上游水位及下游边界线绘制。在设计水位与上游边坡交点处开始沿着边坡到上游堤脚最后沿着各个拐点绘制边界线，并标出水位线。同样从沿着下游边坡从堤顶处画出出渗边界线。

6)保存图形文件，生成数据文件。

7)求解渗流场。查看渗流计算结果，结果给出了水头、浸润线、渗透比降、渗流速度等值线图。

图2网格划分

2.2计算结果

图3～6给出了堤防渗流计算的成果，分别为浸润线位置示意图、水头等值线图、流速矢量图以及渗透比降等值线图。

Autobank清新的给出了土坝渗流计算的结果，可以直观观察渗流计算的情况，为工程设计提供了设计依据。从流速矢量图可以看出在背水侧堤脚处流速分布箭头密而大，同时堤脚处的渗透比降为0.24，可见砂基堤脚处很容易发生渗透破坏影响坝体失稳破坏。

图3浸润线位置

图4　水头等值线

图5　流速矢量

图6　渗透比降等值线

2.3渗控措施模型

渗流控制的基本方法是防渗与排渗，防渗有水平与垂直2种基本形式。在黑龙江三江建设当中常用的防渗形式主要有，压渗和防渗墙。本节就以上一节的基本断面采取压渗措施和防渗墙措施得到两个计算模型，来分析采取渗控措施后的堤防渗流稳定，图7和图8为分别采取压渗和防渗墙的计算断面。

图7计算模型(压渗)

图8　计算模型(防渗墙)

为了对比分析渗控效果，给出了采取渗控措施后的流速矢量分布图，见图9～10，以及3种模型背水侧坡脚附近点的渗透比降图，见图11～13。从图中可以看出，对于采取渗控措施后的堤防，堤脚附近的流速和渗透比降都有减小，尤其是渗透速度减小非常明显，可见对于砂基这种容易渗透破坏的堤防，采取一定的渗控措施是十分必要的。