淺析軟基重力壩的防滲帷幕優化設計

【摘要】現階段，在我國的水利工程建設中，已經廣泛的運用了防滲帷幕技術，并通過該技術，來全面提高壩基的防滲能力，該技術施工便捷，經濟效益較高，同時環保、安全。為了深入研究該項技術的應用價值，合理優化設計其帷幕，本文進行了相關研究與分析，望對相關水利建設提供幫助。

【關鍵詞】軟基重力壩；防滲帷幕；設計

目前，隨著我國水利工程的建設與發展，工程的滲流問題也越來越嚴重，經常會導致其出現多種水庫失事事件，因此，怎樣才能做好地基的防滲工作是水利部門研究的熱點。在防滲工程中，防滲帷幕應用較為廣泛，本文對此研究分析了其模型理論基礎和計算方法，并從帷幕的位置、厚度、深度和灌漿流程等方面探討了優化設計措施，現將研究內容論述如下。

一、計算方法與理論基礎

（一）敏感性分析

簡單來說，我們所說的額敏感性分析，指的就是通過對下面幾項內容的研究分析，即：下游壩趾處的滲透水力梯度和壩基滲漏量依照各種巖性滲透性變化和滲墻長度、深度的規律，這組規律是滲墻帷幕設計方案的主要依據。

（二）滲流場數值模擬理論基礎

在本論文中，我們在進行滲透率試驗研究時，所采用的主要是達西定律。所謂達西定律是指以下公式：

式中：A表示過水斷面面積；υ表示流速；Q表示滲流量；K表示滲透系數，而h表示測壓管水頭。該定律應用過程中，臨界雷諾數Re通常選為5，它的應用下限是終止于粘性土中微小流速的滲流。在工程中，只要細裂隙巖體的滲流符合層流規律，就可采用這個定律。

（三）灌漿設計采用的遺傳算法

所謂的遺傳算法，是目前一種比較新型的測算方法，它屬于一種智能化的運算方式，可模擬自然界進化過程。這種算法的編碼精度公式為：

這個式子中l表示為編碼串的長度，而Umin表示最小值，Umax表示最大值求解目標函數的最大值的公式如下：

這個式中，Cmin表示的是群體方差的函數。以往的帷幕灌漿設計主要采用半經驗公式，但是這種遺傳算法能夠更加優化上述設計，將帷幕灌漿的造價定位最優函數，主要是目標是減輕滲透壓力，降低滲漏量，在水力梯度得以保持的前提下，通過滲透壓力和滲漏量來建模。最終得到帷幕灌漿設計的模型如下：

上式中，P表示的是帷幕灌漿的工程造價；Q表示總滲透量；而kc表示的是滲透系數，tc表示帷幕灌漿的厚度；hc表示深度，F表示總滲透壓力，G表示壩基的最大水利梯度。

（四）Fluent數值模擬程序

簡單來說，在這種模擬程序當中，所運用的主要是有限體積法，來進行離散方程的建立，與此同時，進行網格的劃分。在本文中，這個數值模擬程序設置情況如下：①利用其絕對速度公式、穩態流動以及分離式求解器。②層流模型由粘性模型設置得出。期間對多相流的耦合不予考慮。③采用SIMPLE算法。④計算的收斂精度為1.0×10-4。

二、防滲帷幕優化設計內研究

（一）優化設計帷幕深度

我們在進行帷幕深度的設計時，設計帷幕深度首先要探討帷幕深度和壩基滲流場的關系。首先，建立數值模擬物理模型，主要的測算區域選為河床中央垂直壩軸線的剖面區域，此時的深隔水層為T=100m，區域長度為壩建基面長（60m）加壩前水深的2倍（80m×2），最終長度為220m。坐標系為壩踵位置。將水流方向定為x軸，y軸為正向鉛直向上。本文設定壩基的滲透系數和帷幕的滲透系數之比為w，文中對比探討w=10，w=50，w=100時的情況，最后經由計算得出該區域的具體參數。

（二）帷幕厚度的優化設計

同上述一樣，選取帷幕深度40m，然后將帷幕的位置選定為距壩踵10m處，最終測算出區域滲流量示意圖。帷幕的厚度由3m逐漸增加后，滲流量逐漸降低，所以增加帷幕厚度可以控制滲流量，帷幕厚度增加后速度矢量明顯減少，這表明帷幕厚度影響壩基的滲流量，厚度越厚，壩基滲流量越小.帷幕厚度增加之后，壩基揚壓力的變化不大，說明二者作用關系不明顯，這也就說明了盲目增加帷幕厚度對防滲效果的作用不明顯，本次研究依照工程實際需要建議設定其厚度為6m，而其他工程要依實際情況而定。

（三）帷幕位置的優化設置

根據上述的討論結果，我們將重力壩的壩基深度設置為100m，而帷幕深度選為40m，厚度選為6m，在此基礎之上模擬帷幕的位置，位置選為0、5、10、15和20m，計算并分析其區域內的相關參數，帷幕位置和滲流量、揚壓力的關系如圖1所示。

（1）帷幕位置與建基面上揚壓力之間的關系

（2）帷幕位置與垂直剖面上滲流量的關系

三、結語

總而言之，在長期的社會發展過程中，我國的科學技術也得到了進一步的發展與進步，水利工程對防滲技術的要求越來越高，因此本研究從防滲設計中帷幕的厚度、深度和位置等方面的優化設計做研究。但是該項技術目前仍然不夠完善，仍需要相關部門進行深入的研究和優化設計。力求綜合提高帷幕應用價值，提升防滲能力。

參考文獻：

[1]王永爽.重力壩在軟基環境下的施工問題及防范[J]. 科技致富向導，2014，17：182.