基于Geo-Studio软件分析含强透水层堤基对堤防工程的渗流稳定影响

2020-06-23李俊杰

水利科技与经济 2020年6期

李俊杰

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东深圳 518000)

1 概述

堤防是水利水电工程中重要的建筑物之一，其安全关系到人民群众的生命、财产的安危。大量洪灾资料表明，在大堤洪灾中，管涌险情数量最多，分布范围广，且易诱发重大险情，甚至导致大堤溃口，是江河大堤灾汛期危害最大的险情之一[1]。罗玉龙等[2]、陈建生等[3]借助砂槽模拟试验分别观察管涌的破坏过程，通过分析试验中的参量研究管涌的破坏机理。毛海涛等[4]以局部存在浅层强透水层的砂土堤基为研究对象，借助室内砂槽模型试验，观察堤基管涌破坏的工程，通过试验研究管涌破坏机理。上述学者主要针对室内试验模型，研究单、双、多层及局部埋藏较浅的强透水层堤基的管涌破坏过程及机理，但针对含有强透水层的堤基对堤防工程的渗流稳定影响的工程实例研究还较少见，因此研究含有强透水层的堤基对堤防工程稳定性的影响，防止渗透破坏具有重要意义。本文针对贺州市贺江干流堤防工程实例，分析含有埋置深度不同、厚度不同的强透水层堤基对堤防工程渗流稳定的影响。

2 软件介绍

Geo-Studio软件为国际岩土界享有盛名的Fredlund教授从20世纪70年代开始研发，经过40多年的发展，它已经成为世界级的边坡稳定性分析和非饱和渗流、地震动力响应方面的专业软件。SEEP/W是Geo-Studio系列软件中非常重要的一个软件，是非饱和土渗流方面的专业分析软件。SEEP/W是基于有限元方法进行土体渗流分析的数值模拟软件，广泛应用于岩土工程相关的渗流分析，基于非饱和土力学的计算原理使得SEEP/W能够处理饱和及非饱和渗流[5]。

3 工程概况

贺江干流某段堤防工程采用土堤+草皮护坡的形式。堤顶总宽6.0m，临水侧堤肩设高0.5 m防浪墙，堤顶路面采用普通沥青路面。堤防按照50年一遇设计，土堤迎水侧坡面坡比1∶3，背水侧坡面坡比为1∶2，坡面种植草皮绿化，堤身填土采用均值黏性土压实，填土清基不小于0.5 m，压实度不小于0.93，坡脚采用石笼齿墙压脚。

该项目河道沿线多为河漫滩及一级阶地，岩土层分布在水平方向上变化较大，在垂直方向上有一定的沉积规律，但各土层厚度的变化较大。同时，两岸的地层分布亦有一定的差异，不同河段的地层结构及工程地质条件亦有所差异。

4 计算分析

4.1 渗流分析原理

渗流分析的理论基础为达西定律。达西定律与连续方程结合，从而得到稳定渗流的微分方程式：

(1)

式中：kx，ky，kz为3个渗透主轴方向上的渗透系数；h为水头函数。

在本文中，将堤防渗流问题简化为二维渗流问题(x-z面)，从而稳定渗流方程为[6]：

(2)

4.2 计算分析

4.2.1 计算参数选取

各类材料物理力学参数推荐值见表1。

表1 工程材料物理力学参数推荐值

4.2.2 堤防渗流计算分析

该项目堤防地基岩土层分布在水平方向上变化较大，在垂直方向上有一定的沉积规律，但各土层厚度的变化较大。本次渗流计算采用设计洪水稳定渗流工况，并分别对强透水层厚度相同、埋置深度不同，强透水层埋置深度相同、厚度不同的地层进行渗流分析，从而得出强透水层对堤防工程渗流稳定的影响。强透水层厚度相同、埋置深度不同渗流稳定分析结果见表2及图1-图7。强透水层埋置深度相同、厚度不同渗流稳定分析结果见表3及图8-图15。