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堤防穩(wěn)定滲流形成條件初探論文
堤防穩(wěn)定滲流計算是堤防工程設計的重要組成部分，依據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》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，應根據(jù)實際情況按穩(wěn)定滲流或不穩(wěn)定滲流計算浸潤線及滲流穩(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，以供探討。
1.影響穩(wěn)定滲流形成因素分析
1.1設計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匯流條件密切相關，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，能夠在堤防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，需要長歷時、高水位的洪水過程，相應設計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，對于設計洪水過程，其水位—歷時呈反比函數(shù)關系，水位越大，歷時越短，對于能夠形成穩(wěn)定滲流的堤防，由于所采用設計水位為峰值水位，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，設計時應考慮最不利情況，以能形成穩(wěn)定滲流的最高水位最為計算水位，進行穩(wěn)定滲流分析，當然，對《堤防工程設計規(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按設計洪水位穩(wěn)定滲流計算。
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滲透系數(shù)ks有關，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，對于由砂土、砂壤土等滲透系數(shù)較大的材料構筑的堤防，較粘土、壤土構筑的堤防形成穩(wěn)定滲流容易，強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，上游坡如果有良好的防滲措施，如防滲土工布鋪設、粘土斜墻、基礎截滲墻等，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)定滲流計算水位的確定
2.1設計洪水與設計洪水過程線設計洪水一般以設計洪峰流量、設計時段洪水總量、設計洪水過程線來表達，設計洪水的洪峰、洪量計算通過特大洪水重現(xiàn)期調查、系列頻率分析、合理性檢查確定，與水庫等水利工程相同。而穩(wěn)定滲流計算時，其設計洪水過程的選擇原則應有所不同
1）典型洪水過程應具有代表性，應在汛期大洪水中選取。洪水的歷時、峰量關系、主峰位置均能代表汛期流域較大洪水特性的實測洪水過程。
2）盡量選擇高水位、長歷時的洪水過程，設計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。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”為原則。
日本國土開發(fā)技術研究中心編著出版的《河流土工手冊》中指出“在堤防設計時，如果設計洪水位低、洪水歷時短，可以認為安全上沒有什么特殊問題。對于設計洪水位高、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，設計洪水位和洪水持續(xù)時間，確定堤身穩(wěn)定度。”從另一方面說明，應以高水位、長歷時作為典型洪水過程的選取原則。
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計洪水過程，供計算選用。
設計洪水過程確定后，分別在腰值選定一組水位，求出其持續(xù)時間，在坐標紙上點繪其不同時間對應水位，繪制一組設計洪水水位—歷時曲線。
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，認為其漲水降水速度是相等的。
2.2滲流水位—歷時關系的推求選擇堤防代表斷面，擬定不同水位進行穩(wěn)定滲流分析計算，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)劃設計總院1990年推廣采用的（DQB）土石壩二向穩(wěn)定及非穩(wěn)定滲流計算程序計算），求出不同水位的穩(wěn)定滲流比降J，根據(jù)達西定律V=ks×J，計算假想平均流速，則其所需相應滲流歷時T=L/V，得到一組滲流水位—歷時關系。
2.3計算水位的確定將設計洪水過程所確定的洪水水位—歷時關系及穩(wěn)定滲流水位—歷時關系繪制于同一張坐標紙上，其交點對應水位即為所求計算水位，如果有幾組洪水過程的水位—歷時曲線都與滲流水位—歷時關系曲線相交，其交點對應水位最高的水位為所要求計算水位，如果不能相交，則該堤防斷面不能形成穩(wěn)定滲流。
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