堤防穩(wěn)定滲流形成條件初探

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1、堤防穩(wěn)定滲流形成條件初探 　　堤防穩(wěn)定滲流計(jì)算是堤防工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，根據(jù)?堤防工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?條文說明8.1.2、8.1.3“大江大湖堤防，汛期擋水時間長，能形成穩(wěn)定滲流浸潤線，海堤及有些江湖堤防擋水時間短，在汛期往往未能形成穩(wěn)定滲流，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況按穩(wěn)定滲流或不穩(wěn)定滲流計(jì)算浸潤線及滲流穩(wěn)定性〞。如何判斷堤防能否形成穩(wěn)定滲流，筆者就這一問題提出初步思路，以供討論。1.影響穩(wěn)定滲流形成因素分析 　　1.1設(shè)計(jì)洪水過程我國河流眾多，其所處地理、氣候條件差異很大，各次洪水成因及特性亦不一樣。暴雨形成的洪水過程常為峰高、量大、漲水急劇、落水緩慢。而冰雪融化所造成的洪水，流量漲落較緩慢。

2、此外，洪水過程線形狀與流域產(chǎn)匯流條件親密相關(guān)，山區(qū)河流因坡陡流急，多出現(xiàn)峰高、量孝暴漲暴落的洪水，而大江大河多出現(xiàn)漲落平緩、歷時很長的洪水。 　　在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，往往需要一定的歷時〔t=l/v，t為堤防斷面某一特征水位形成穩(wěn)定滲流所需時間，v為滲流速度，l為滲徑〕，因此，可以在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，需要長歷時、高水位的洪水過程，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水過程線要選取相對峰型稍胖、峰值較高的過程。一般來說，大江大河的堤防工程易形成穩(wěn)定滲流，山區(qū)河流堤防相對不易形成穩(wěn)定滲流，另外蓄滯洪區(qū)堤防在大洪水期擋水時間較長，也容易形成穩(wěn)定滲流。 　　另外，對于設(shè)計(jì)洪水過程，其水位—?dú)v時呈反比函數(shù)關(guān)

3、系，水位越大，歷時越短，對于可以形成穩(wěn)定滲流的堤防，由于所采用設(shè)計(jì)水位為峰值水位，持續(xù)時間很短，不易形成穩(wěn)定滲流，而只有持續(xù)時間足夠長的某一腰值水位及其以下水位，才會在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮最不利情況，以能形成穩(wěn)定滲流的最高水位最為計(jì)算水位，進(jìn)展穩(wěn)定滲流分析，當(dāng)然，對?堤防工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?中另有規(guī)定的大江大湖的堤防或中小河湖重要堤段應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流計(jì)算。 　　1.2堤基及堤防填筑料一般來說，形成穩(wěn)定滲流主要與堤基及堤防填筑材料的浸透系數(shù)ks有關(guān)，此外受孔隙率等條件影響，這些因素直接決定堤防滲流速度，根據(jù)達(dá)西定律〔v=ks×j，ks—浸透系數(shù)，j—水力坡降〕，浸透系數(shù)越大，越容

4、易形成穩(wěn)定滲流。因此，對于由砂土、砂壤土等浸透系數(shù)較大的材料構(gòu)筑的堤防，較粘土、壤土構(gòu)筑的堤防形成穩(wěn)定滲流容易，強(qiáng)透水性堤基較弱透水堤基易形成穩(wěn)定滲流。 　　1.3堤防斷面形式堤防斷面形式直接影響穩(wěn)定滲流的形成。 　?、俚添攲挾仍酱?，比降越緩，滲徑越長，越不容易形成穩(wěn)定滲流；而堤防高度越大，說明該處地面較低，相應(yīng)堤腳以上水位持續(xù)時間較長，形成穩(wěn)定滲流的可能越大。 　　②堤防上游坡的防滲情況亦很大程度決定著穩(wěn)定滲流的形成，上游坡假設(shè)有良好的防滲措施，如防滲土工布鋪設(shè)、粘土斜墻、根底截滲墻等，通過對水頭的削減降低平均流速，使穩(wěn)定滲流不易形成。 　　2.穩(wěn)定滲流計(jì)算水位確實(shí)定 　　2.1設(shè)

5、計(jì)洪水與設(shè)計(jì)洪水過程線設(shè)計(jì)洪水一般以設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)時段洪水總量、設(shè)計(jì)洪水過程線來表達(dá)，設(shè)計(jì)洪水的洪峰、洪量計(jì)算通過特大洪水重現(xiàn)期調(diào)查、系列頻率分析、合理性檢查確定，與水庫等水利工程一樣。而穩(wěn)定滲流計(jì)算時，其設(shè)計(jì)洪水過程的選擇原那么應(yīng)有所不同 　　1〕典型洪水過程應(yīng)具有代表性，應(yīng)在汛期大洪水中選齲洪水的歷時、峰量關(guān)系、主峰位置均能代表汛期流域較大洪水特性的實(shí)測洪水過程。 　　2〕盡量選擇高水位、長歷時的洪水過程，設(shè)計(jì)洪水過程線要選取相對峰型稍胖、峰值較高的過程。主峰位置偏后的洪水，更為危險(xiǎn)。因前面的洪水已經(jīng)形成一定的浸潤線，又來了洪水主峰，浸潤線的疊加使穩(wěn)定滲流更易形成，因此是最不利的典

6、型，而水庫工程典型洪水過程的選取一般是以“峰高量大、主峰位置偏后〞為原那么。 　　日本國土開發(fā)技術(shù)研究中心編著出版的?河流土工手冊?中指出“在堤防設(shè)計(jì)時，假設(shè)設(shè)計(jì)洪水位低、洪水歷時短，可以認(rèn)為平安上沒有什么特殊問題。對于設(shè)計(jì)洪水位高、洪水歷時長的區(qū)間要充分考慮地基和堤體的條件、背后地的條件及河流特性，設(shè)計(jì)洪水位和洪水持續(xù)時間，確定堤身穩(wěn)定度。〞從另一方面說明，應(yīng)以高水位、長歷時作為典型洪水過程的選取原那么。 　　按照上述條件可以選擇一個或多個典型洪水過程線，經(jīng)分時段同頻率放大后作為設(shè)計(jì)洪水過程，供計(jì)算選用。 　　設(shè)計(jì)洪水過程確定后，分別在腰值選定一組水位，求出其持續(xù)時間，在坐標(biāo)紙上點(diǎn)繪其

7、不同時間對應(yīng)水位，繪制一組設(shè)計(jì)洪水水位—?dú)v時曲線。 　　典型洪水過程只發(fā)生在某水文站斷面處的洪水，但往往能代表該段河段的洪水過程，河道其它斷面處洪水可采取等量移植法，認(rèn)為其漲水降水速度是相等的。 　　2.2滲流水位—?dú)v時關(guān)系的推求選擇堤防代表斷面，擬定不同水位進(jìn)展穩(wěn)定滲流分析計(jì)算，反算所需要的滲流時間，首先經(jīng)試算確定不同水位在堤防斷面形成的滲流浸潤線〔可采用原能源部、水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院1990年推廣采用的〔dqb〕土石壩二向穩(wěn)定及非穩(wěn)定滲流計(jì)算程序計(jì)算〕，求出不同水位的穩(wěn)定滲流比降j，根據(jù)達(dá)西定律v=ks×j，計(jì)算假想平均流速，那么其所需相應(yīng)滲流歷時t=l/v，得到一組滲流水位—?dú)v時關(guān)系。 　　2.3計(jì)算水位確實(shí)定將設(shè)計(jì)洪水過程所確定的洪水水位—?dú)v時關(guān)系及穩(wěn)定滲流水位—?dú)v時關(guān)系繪制于同一張坐標(biāo)紙上，其交點(diǎn)對應(yīng)水位即為所求計(jì)算水位，假設(shè)有幾組洪水過程的水位—?dú)v時曲線都與滲流水位—?dú)v時關(guān)系曲線相交，其交點(diǎn)對應(yīng)水位最高的水位為所要求計(jì)算水位，假設(shè)不能相交，那么該堤防斷面不能形成穩(wěn)定滲流。