經(jīng)驗(yàn)交流:堤防穩(wěn)定滲流形成條件初探(一)

字號(hào):

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,依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明8.1.2、8.1.3“大江大湖堤防,汛期擋水時(shí)間長(zhǎng),能形成穩(wěn)定滲流浸潤(rùn)線,海堤及有些江湖堤防擋水時(shí)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(rùn)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,以供探討。
    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(guó)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相同。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。此外,洪水過程線形狀與流域產(chǎn)匯流條件密切相關(guān),山區(qū)河流因坡陡流急,多出現(xiàn)峰高、量小、暴漲暴落的洪水,而大江大河多出現(xiàn)漲落平緩、歷時(shí)很長(zhǎng)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(shí)(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(shí)間,V為滲流速度,L為滲徑),因此,能夠在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水,需要長(zhǎng)歷時(shí)、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(duì)峰型稍胖、峰值較高的過程。一般來(lái)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(duì)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(shí)間較長(zhǎng),也容易形成穩(wěn)定滲流。
    另外,對(duì)于設(shè)計(jì)洪水過程,其水位—?dú)v時(shí)呈反比函數(shù)關(guān)系,水位越大,歷時(shí)越短,對(duì)于能夠形成穩(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(shí)間很短,不易形成穩(wěn)定滲流,而只有持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)的某一腰值水位及其以下水位,才會(huì)在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮最不利情況,以能形成穩(wěn)定滲流的水位最為計(jì)算水位,進(jìn)行穩(wěn)定滲流分析,當(dāng)然,對(duì)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》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(lái)說,形成穩(wěn)定滲流主要與堤基及堤防填筑材料的滲透系數(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,依據(jù)達(dá)西定律(V=ks×J , ks—滲透系數(shù), J—水力坡降),滲透系數(shù)越大,越容易形成穩(wěn)定滲流。因此,對(duì)于由砂土、砂壤土等滲透系數(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。
    ①堤頂寬度越大,比降越緩,滲徑越長(zhǎng),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(shí)間較長(zhǎng),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,上游坡如果有良好的防滲措施,如防滲土工布鋪設(shè)、粘土斜墻、基礎(chǔ)截滲墻等,通過對(duì)水頭的削減降低平均流速,使穩(wěn)定滲流不易形成。