1、1东苕溪仇山塘堤塘有限元分析摘 要：仇山塘堤塘位于东苕溪流域，防洪标准为二十年一遇。经典型断面渗流计算表明：采用套井等工程措施后，浸润线明显降低，各个渗透比降系数有所下降。经典型断面整体抗滑稳定计算表明，各种工况下安全系数均能满足规范规定要求。本文的计算方法可作为堤塘工程计算的参考。 关键词：堤塘，渗流，稳定，安全 1 工程概况 东苕溪水系属太湖流域，为浙江省八大水系之一。仇山塘堤塘加固工程位于杭州市余杭区长乐镇，是东苕溪防洪堤之一，是保护杭州市的重要防洪屏障。东苕溪流域地处亚热带季风气候区，温和湿润，四季分明，热量丰实，雨量充沛，多年平均降水量为 1700mm1250mm。本地区降水丰枯年际
2、变幅及年内时空分布不均匀。仇山塘堤塘堤防级别 4 级，临时建筑物级别 5 级，防洪标准为二十年一遇。 堤塘迎水侧坡度均为 1：2.0，背水侧坡度为 1：2.5，坡脚沿堤顶往背水侧增设塘渣防汛通道，堤坡植草护坡。背水侧紧邻农田处防汛通道外侧均设浆砌块石挡墙，浆砌块石挡墙高度 0.71.7m，邻池塘侧直接以1：2.0 边坡塘渣回填，并间隔 1m 设置警示柱防护。防渗形式在淤泥质粘土段主要采用套井粘土填筑，在堤顶布置 1 排，套井直径 1.2m，套井中心距 0.85m，有效厚度 0.85m。 22 工程安全系数 根据文献1要求，稳定安全系数取用正常运行条件下土堤抗滑稳定安全系数 1.15，非常运行条
3、件下土堤抗滑稳定安全系数 1.05。堤顶超高根据文献1和2确定堤顶挡水高程取用值不小于设计洪水位+0.7m。 3 渗流稳定分析 渗流稳定计算采用渗流稳定有限元法，利用北京理正软件设计研究院开发的“理正渗流问题有限元分析系统”软件进行计算。 渗流有限元分析基本方程 式中： K透水系数矩阵； H总水头向量； M单元储水量矩阵； Q流量向量； t 时间。 计算模型选取桩号 K0+810、K1+210 和 K1+610 断面为渗透稳定分析计算典型断面。计算参数如表 1。 软件计算考虑垂直和水平渗透系数相等，渗透角度为 0 度。计算工况按文献1二种组合进行计算： 临水侧为设计洪水位，背水侧现状地坪作为背
4、水侧低水位； 洪水降落期即水位降落至 2.5m 常水位时对临水侧堤坡稳定最不利的情况。 塘堤身与堤基大部分都属于粘性土，渗透变形主要以流土为主，流3土通常采用太沙基公式计算临界渗透坡降。 套井及粘土斜墙处理参数如下：粘土斜墙和套井渗透系数采用小于110-5cm/s，也即 0.009m/d。考虑数据都较为接近，选取 K0+810（套井断面）和 K1+610（粘土斜墙断面）作为典型设计计算断面，结果为： 采用套井等工程措施后，浸润线明显降低，各个渗透比降系数有所下降，因此进行套井等防渗处理效果明显。 4 堤塘抗滑稳定现状计算 堤塘整体抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法，利用北京理正软件设计研究院开发的“理
5、正边坡稳定分析系统”软件进行计算。 根据沿线地形和地质分布情况，堤防抗滑稳定计算选取沿线 5 个地质特征断面作为计算典型断面。根据文献1以及本工程的运行情况，防洪堤抗滑稳定计算拟定了以下四种计算工况： 正常运用条件时的工况： 工况 1：设计洪水位（P=20%）稳定渗流期背水侧堤坡稳定计算； 工况 2：设计洪水位（P=20%）降落至 2.5m 水位临水侧堤坡稳定计算；非常运用条件时的工况： 工况 3：施工完建期迎水侧堤坡稳定计算 工况 4：施工完建期背水侧堤坡稳定计算 根据四种计算工况，选取 3 个特征断面土层，结合设计情况，计算结果见表 4。 由表 1 及图 1 至 12 可知，各特征断面堤塘
6、设计整体抗滑稳定安全系4数均能满足规范规定要求。 5 结 语 （1）仇山塘堤塘加固工程是保护杭州市的重要防洪屏障。堤塘堤防级别 4 级，临时建筑物级别 5 级。防洪标准为二十年一遇。 （2）经典型断面渗流计算，考虑套井等工程措施和原始状态，计算表明：采用套井等工程措施后，浸润线明显降低，各个渗透比降系数有所下降，因此进行套井等防渗处理效果明显。 （3）经典型断面整体抗滑稳定计算表明，并考虑池塘侧淤泥深度，防汛通道由于车辆的碾压，防汛通道背后有池塘位置时，容易产生滑坡，故对几个典型断面背水侧为池塘位置需进行抗滑计算。安全系数均能满足规范规定要求。 参考文献： 1 堤防工程设计规范 （GB50286-98）. 2 关于中、北苕溪 1020 年一遇水位事项专题会议纪要 ，余杭区林水局，2009.10。 作者简介：郑文智（1978.5）男，浙江台州黄岩人，助理工程师，水利水电工程专业，主要从事水利工程管理工作。
