理正软件在乌斯浑河四合段堤防渗流分析中的应用

高至国，邴志海

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江 157000)

四合堤防堤基上层为砂砾石，下层为均质黏土。堤基渗流按双层地基考虑，根据实际情况简化为背水侧无限长等厚双层地基，迎水侧铺盖长度视不同断面具体量测[8－9]。

1 工程概况

林口县乌斯浑河四合堤防工程位于林口县刁翎镇四合村西北部，地处乌斯浑河左岸，上游起自四合公路大桥，下游到徐家村，堤防总长5.217 km。

乌斯浑河发源于林口县中部宝林乡的大楚山，由南向北纵贯林口县西部，在东岗子村附近注入牡丹江，属于牡丹江右岸一级支流，河道长154 km，流域面积4 244 km2，四合堤防处流域面积4 070 km2。堤防设计洪峰流量为1 689 m3/s。

拟加高培厚的乌斯浑河四合段堤防全长5 217 m，现状堤高2～3 m。据勘察、走访，该段堤防始建于是1993年，由刁翎镇和四合村租用推土机从现堤脚两侧40 m内范围内推积表土，堆筑而成，没有进行专门碾压。

建成后，2009年大水，该段堤防发生决口(桩号1+000～1+200)，决口长度 200 m，2010年使用挖掘机在堤防内、外侧取土(粗粒土)堵口[1－2]。

加高培厚后乌斯浑河四合堤防可保护四合村人口421人，保护乌斯浑河左岸农田约280 hm2。四合堤防防洪标准确定为20 a一遇，工程级别为4级[3]。

2 堤防渗流分析计算

主要包括设计工况、计算方法及参数和计算结构3个部分:

2.1 设计工况

乌斯浑河四合堤防为土堤，堤基为双层结构，上层为黏性土，下层为砂砾石。堤顶宽4 m，堤防上游边坡采用1∶3.0，下游边坡采用1∶2.5，堤身采均质土堤[4]。

根据《堤防工程设计规范》(GB50286—98)中规定，堤防渗流计算应计算下列水位的组合:

1)临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。

2)临水侧为设计洪水位，背水侧为低水位或者无水。

3)洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利的工况[5]。

2.2 计算方法及参数

根据牡丹江市水利勘测设计院2011年5月堤防设计断面，选用最不利断面，计算方法采用北京理正软件设计研究院《岩土工程系列软件》，堤身浸润线计算公式采用稳定渗流下游坡无排水情况计算[6－7]。

计算公式为:

式中:q为单位宽度渗流量，m3/(s·m);k为堤身渗透系数，m/s;H为上游水位，m;H2为下游水位，m;m1为上游坡坡率;m2为下游坡坡率。

浸润线坐标计算公式为:

四合堤防堤基上层为砂砾石，下层为均质黏土。堤基渗流按双层地基考虑，根据实际情况简化为背水侧无限长等厚双层地基，迎水侧铺盖长度视不同断面具体量测[8－9]。

计算公式为:

式中:h为弱透水底板承压水头，m;A为越流系数;K0为强透水层渗透系数，m/s;K1为弱透水层渗流系数，m/s;T0为强透水层厚度，m;T为弱透水层厚度，m;X'为BC段横坐标。

计算参数见表1。

表1 典型断面计算参数表

2.3 计算结论

根据堤基、现有堤防断面及筑堤土料指标，计算选用堤防临水，堤前铺盖较短，堤基黏土层相对薄弱断面作为计算代表性断面。

依据上述原则，将四合堤防桩号3+050断面作为代表性断面进行计算，计算结果见表2。

表2 典型断面渗流计算表

3 渗透稳定结论分析

根据堤防渗透稳定计算成果，四合堤防堤身满足渗透要求，堤防堤后堤基垂直渗透比降过大，堤后需设置盖重。

依据渗流计算成果，盖重长度为10 m，盖重厚度为1 m，盖重采用砂石料。增加盖重后，四合堤防堤身及堤基均可满足设计需求。

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