理正軟件在烏斯渾河四合段堤防滲流分析中的應(yīng)用

高至國，邴志海

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江 157000)

四合堤防堤基上層為砂礫石，下層為均質(zhì)黏土。堤基滲流按雙層地基考慮，根據(jù)實(shí)際情況簡化為背水側(cè)無限長等厚雙層地基，迎水側(cè)鋪蓋長度視不同斷面具體量測[8－9]。

1 工程概況

林口縣烏斯渾河四合堤防工程位于林口縣刁翎鎮(zhèn)四合村西北部，地處烏斯渾河左岸，上游起自四合公路大橋，下游到徐家村，堤防總長5.217 km。

烏斯渾河發(fā)源于林口縣中部寶林鄉(xiāng)的大楚山，由南向北縱貫林口縣西部，在東崗子村附近注入牡丹江，屬于牡丹江右岸一級(jí)支流，河道長154 km，流域面積4 244 km2，四合堤防處流域面積4 070 km2。堤防設(shè)計(jì)洪峰流量為1 689 m3/s。

擬加高培厚的烏斯渾河四合段堤防全長5 217 m，現(xiàn)狀堤高2～3 m。據(jù)勘察、走訪，該段堤防始建于是1993年，由刁翎鎮(zhèn)和四合村租用推土機(jī)從現(xiàn)堤腳兩側(cè)40 m內(nèi)范圍內(nèi)推積表土，堆筑而成，沒有進(jìn)行專門碾壓。

建成后，2009年大水，該段堤防發(fā)生決口(樁號(hào)1+000～1+200)，決口長度 200 m，2010年使用挖掘機(jī)在堤防內(nèi)、外側(cè)取土(粗粒土)堵口[1－2]。

加高培厚后烏斯渾河四合堤防可保護(hù)四合村人口421人，保護(hù)烏斯渾河左岸農(nóng)田約280 hm2。四合堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為20 a一遇，工程級(jí)別為4級(jí)[3]。

2 堤防滲流分析計(jì)算

主要包括設(shè)計(jì)工況、計(jì)算方法及參數(shù)和計(jì)算結(jié)構(gòu)3個(gè)部分:

2.1 設(shè)計(jì)工況

烏斯渾河四合堤防為土堤，堤基為雙層結(jié)構(gòu)，上層為黏性土，下層為砂礫石。堤頂寬4 m，堤防上游邊坡采用1∶3.0，下游邊坡采用1∶2.5，堤身采均質(zhì)土堤[4]。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—98)中規(guī)定，堤防滲流計(jì)算應(yīng)計(jì)算下列水位的組合:

1)臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為相應(yīng)水位。

2)臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為低水位或者無水。

3)洪水降落時(shí)對(duì)臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定最不利的工況[5]。

2.2 計(jì)算方法及參數(shù)

根據(jù)牡丹江市水利勘測設(shè)計(jì)院2011年5月堤防設(shè)計(jì)斷面，選用最不利斷面，計(jì)算方法采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院《巖土工程系列軟件》，堤身浸潤線計(jì)算公式采用穩(wěn)定滲流下游坡無排水情況計(jì)算[6－7]。

計(jì)算公式為:

式中:q為單位寬度滲流量，m3/(s·m);k為堤身滲透系數(shù)，m/s;H為上游水位，m;H2為下游水位，m;m1為上游坡坡率;m2為下游坡坡率。

浸潤線坐標(biāo)計(jì)算公式為:

四合堤防堤基上層為砂礫石，下層為均質(zhì)黏土。堤基滲流按雙層地基考慮，根據(jù)實(shí)際情況簡化為背水側(cè)無限長等厚雙層地基，迎水側(cè)鋪蓋長度視不同斷面具體量測[8－9]。

計(jì)算公式為:

式中:h為弱透水底板承壓水頭，m;A為越流系數(shù);K0為強(qiáng)透水層滲透系數(shù)，m/s;K1為弱透水層滲流系數(shù)，m/s;T0為強(qiáng)透水層厚度，m;T為弱透水層厚度，m;X'為BC段橫坐標(biāo)。

計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 典型斷面計(jì)算參數(shù)表

2.3 計(jì)算結(jié)論

根據(jù)堤基、現(xiàn)有堤防斷面及筑堤土料指標(biāo)，計(jì)算選用堤防臨水，堤前鋪蓋較短，堤基黏土層相對(duì)薄弱斷面作為計(jì)算代表性斷面。

依據(jù)上述原則，將四合堤防樁號(hào)3+050斷面作為代表性斷面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 典型斷面滲流計(jì)算表

3 滲透穩(wěn)定結(jié)論分析

根據(jù)堤防滲透穩(wěn)定計(jì)算成果，四合堤防堤身滿足滲透要求，堤防堤后堤基垂直滲透比降過大，堤后需設(shè)置蓋重。

依據(jù)滲流計(jì)算成果，蓋重長度為10 m，蓋重厚度為1 m，蓋重采用砂石料。增加蓋重后，四合堤防堤身及堤基均可滿足設(shè)計(jì)需求。

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