催皓東-南水北調中線總干渠滲控數值模擬-邯鄲會議

南水北調中線高地下水

膨脹土渠段滲控優(yōu)化及效果研究匯報人：崔皓東長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室2012.03.14南水北調工程技術交流會-邯鄲主要匯報內容（一）三維復雜滲流場數值計算方法簡介（二）南水北調中線典型渠段滲控優(yōu)化及效果研究1.研究目的及方案簡介2.典型挖方渠段滲控措施效果及優(yōu)化研究3.主要結論及建議1.1基于固定網格的節(jié)點虛流量法圖1.1堤壩滲流理論計算模型2.張乾飛,吳中如.有自由面非穩(wěn)定滲流分析的改進截止負壓法[J].巖土工程學報,2005.13.崔皓東,朱岳明.有自由面滲流分析的改進節(jié)點虛流量法[J].武漢理工大學學報,2009.33(2)1.速寶玉,朱岳明.不變網格確定滲流自由面的節(jié)點虛流量法[J].河海大學學報,1991,19(5)

1.1基于固定網格的無壓滲流場自由面模擬方法（1.1）排水孔滲流行為的數學描述及模型處理圖1.2排水孔的滲流行為1.2排水孔（逆止閥）的精細模擬方法實體單元逆止閥圖1.3逆止閥數學模型逆止閥圖1.4逆止閥有限元網格水工及巖土工程滲流場數值計算模型滲流自由面處理密集排水孔幕的精細模擬復雜斷層（裂隙）的模擬等效連續(xù)介質模型三維滲流場數值模擬程序SSC3D2.0（已成功用于堤防、大壩、地下廠房洞室群等工程）1.3復雜滲流場精細求解技術及程序Practical

2.1研究目的高地下水、深挖方（最深超40m）、地層分布差異明顯；滲流問題是影響渠道襯砌及渠坡穩(wěn)定最關鍵因素之一；渠道滲控措施需從安全、經濟及易施工和管理等角度選擇最優(yōu)方案；（二）南水北調中線典型渠段滲控措施及優(yōu)化研究2.2研究思路A基本方案：襯砌板+土工膜+砂墊層+逆止閥B比較方案1：襯砌板+土工膜+排水板+逆止閥（挖方坡面上墊層材料鋪設困難、襯砌板易產生裂縫、施工程序復雜、對排水墊層材料質量要求嚴格且造價較高等諸多因素）C比較方案2：襯砌板設透水縫+透水板（縫下）（高地下水深挖方段，若地下水質有保證條件下，取消土工膜和逆止閥）2.3模型說明取渠道中心線一側建模，模型上游邊界范圍的取值受地層滲透影響較大，取遠端邊界與渠頂的距離為600m，取地表高程為181.0m，運行期渠水位為146.938m，檢修期取渠底高程為138.938m；模型底部隔水邊界至90m高程，模型左右對稱面及底部均取為隔水邊界，開挖渠坡為可能出滲面邊界。圖2.1淅川某典型段模型地質橫剖面

圖2.2模型三維有限元網格A、整體三維有限元模型網格（局部）B、逆止閥c、渠坡排水井有限元模型圖2.3襯砌下排水板網格(比較方案1）圖2.4透水縫下排水板網格(比較方案2）表1淅川某典型挖方段計算方案方案參數說明備注F1逆止閥間距10m；上游邊界與渠坡的距離為600m；渠內邊界條件按146.938m；排水墊層厚度25cm且滲透系數為1.0×10-3cm/s，渠坡設置排水井，其余參數見表1；基本方案運行期滲控效果F2渠內按底板高程138.938m為定水頭邊界條件，其他條件同F(xiàn)1；檢修期滲控效果F3渠底井字型及渠坡人字型排水板間距4m且滲透系數為1.0×10-1cm/s；其他同F(xiàn)1；排水板代替砂墊層F4渠內按底板高程138.938m為定水頭邊界條件，其余條件同F(xiàn)3；檢修期滲控效果F5排水板滲透系數取1.0×10-2cm/s，其余條件同F(xiàn)4；排水板滲透性降低F6取消土工膜和逆止閥，襯砌透水縫間距4m×4m且縫下設置排水板，取縫滲透系數為1.0×10-1cm/s；其他同F(xiàn)1；采用透水襯砌F7渠內按底板高程138.938m為定水頭邊界條件，其余條件同F(xiàn)6；檢修期F8透水縫滲透系數取1.0×10-2cm/s，其余條件同F(xiàn)7。排水板滲透性降低

表2淅川某典型渠段滲透系數編號地層滲透系數(cm/s)1粉質粘土(0~3m)1.0×10-42粉質粘土(3~7m)5.0×10-53粉質粘土(7m以下)5.0×10-64粉質粘土1.2×10-65粘土8.0×10-76砂墊層1.0×10-37換填土（膨脹土坡）1.0×10-58混凝土襯砌板1.0×10-119排水板/透水縫1.0×10-12.4各方案計算成果分析及比較2.4.1基本方案滲控效果

F1為初設運行期方案，自由面靠近一級平臺坡腳，渠底襯砌板附近水頭等值線較稀疏；F2檢修期方案，出逸點在渠底坡腳處；初設方案滲控措施是合理的。F1方案運行期渠底最大壓力水頭差為0.10mF1方案運行期水頭等值線分布(m)F2方案檢修期渠底最大壓力水頭差為0.15mF2方案檢修期水頭等值線分布(m)2.4.2比較方案1滲控效果（1）與基本方案相比，排水板方案滲控效果更好；最大壓力水頭差降低，運行和檢修期分別為0.05m和0.11m；（2）排水板滲透性降低（1.0×10-2cm/s），襯砌板下壓力水頭增大。檢修期最大壓力水頭差增至0.16m；（本方案采用排水板代替砂墊層）2.4.3比較方案2滲控效果（1）透水縫方案比排水板方案滲控效果更好；

最大壓力水頭差降低，分別為0.04m和0.10m（2）但是，當縫下排水板滲透性降低時（1.0×10-2cm/s

）；襯砌板下壓力水頭增加更明顯；（最大壓力水頭增至0.2m）（本方案取消土工膜和逆止閥）（三）主要結論及建議（1）采用排水板代替砂墊層或取消逆止閥和土工膜采用透水襯砌，滲控效果均比較顯著；3.1主要結論（2）襯砌下的排水板（或砂墊層）滲透性降低時，壓力水頭增加明顯；（3）在本模型條件下，渠坡排水井效果不明顯。3.2主要建議（1）在設計中應考慮