分洪道三維滲流場(chǎng)分析

李 偉

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100096)

為了深入研究分洪道滲透的穩(wěn)定性，本文對(duì)河道進(jìn)行穩(wěn)定滲流分析，研究洪水期分洪道邊坡和地基的滲流場(chǎng)特性[1-4]，分析和評(píng)價(jià)土層的滲透穩(wěn)定性[6-8]，并提出和論證合理的工程措施。

1 有限元模型

根據(jù)分洪道布置及水文地勘等基礎(chǔ)資料，建立分洪道三維有限元計(jì)算模型。分洪道計(jì)算模型的范圍：該模型上下游方向長(zhǎng)度為20 m，東西側(cè)方向?qū)挾葹?00 m，高度約28 m，溝底標(biāo)高為2.80 m，邊坡坡比為1∶1.5。模型截取范圍和主要剖面位置示意圖如圖1所示。

2 穩(wěn)定滲流分析

2.1 邊界條件設(shè)置

計(jì)算模型邊界[5]設(shè)為：分洪道水位以下的溝道及邊坡為已知水位邊界；分洪道兩側(cè)地下水位以上的邊坡為出滲邊界；分洪道底面假定不透水。

2.2 計(jì)算參數(shù)及工況

本次研究采用三維滲流有限元方法進(jìn)行計(jì)算，分析滲流場(chǎng)的特性。計(jì)算時(shí)分洪道內(nèi)水位為7.200 m，地下水位標(biāo)高為2.800 m。

2.3 計(jì)算成果分析

通過(guò)計(jì)算，滲流場(chǎng)的位勢(shì)分布如圖2,圖3所示。

最大滲透坡降如表1所示。

表1 最大滲透坡降

通過(guò)計(jì)算可以看出：

1)地下水位勢(shì)分布。

由地下水位等值線圖3可知：洪水期，分洪道內(nèi)水補(bǔ)給邊坡兩側(cè)地下水。洪水期地下水位(浸潤(rùn)面)等值線沿分洪道軸線的變化不大，但由于地層厚度變化、滲透性不同，地下水位等值線并非完全是直線。沿橫剖面方向洪水期地下水位等值線在分洪道邊坡入滲點(diǎn)附近較密。這些部位水頭損失較大，滲透坡降較大。

從橫剖面地下水滲流等值線圖2可以看出：洪水期，浸潤(rùn)面在邊坡入滲點(diǎn)附近降落最為明顯，其次是在邊坡出逸側(cè)附近，這些部分滲透坡降較大。

2)滲透坡降。

比較計(jì)算成果，土的滲透系數(shù)越小，最大滲透坡降(均出現(xiàn)在入滲點(diǎn)附近)越大，而背水坡滲流出口附近的滲透坡降越小。這與地下水位勢(shì)分布吻合，滲透系數(shù)越小，該段的滲流進(jìn)口的水頭損失就越大，滲流出口附近的水頭損失也就越小。從橫剖面來(lái)看，洪水期，在給定的地下水位2.80 m情況下，滲流在邊坡背水側(cè)附近出逸，一般是底部滲透坡降較大。

值得注意的是，在施工時(shí)，地下水位較高，滲流在開(kāi)挖邊坡上出逸，且滲透坡降較大，在開(kāi)挖施工過(guò)程中應(yīng)重視基坑降水，必要時(shí)需采取工程措施防止?jié)B透變形，確保邊坡安全。

3)滲透流量。

滲流量計(jì)算方向?yàn)橛煞趾榈懒飨騼蓚?cè)。其中上游側(cè)指近分洪道中心線一側(cè)，下游側(cè)指遠(yuǎn)離分洪道中心一側(cè)。

洪水期東側(cè)的單寬滲流量為6.17E-06 m3/s，最大滲透坡降為0.579；西側(cè)的單寬滲流量為7.73E-06 m3/s，最大滲透坡降為0.458；東西側(cè)的總單寬滲流量為1.39E-05 m3/s。

3 結(jié)論和建議

綜合以上計(jì)算分析可以看出，溝道底部等勢(shì)線密集，滲透坡降較大；滲流出口附近的滲透坡降也較大。但是，其最大滲透坡降均滿足要求。因此，結(jié)構(gòu)在滲流作用下是穩(wěn)定的。