堤基管涌扩展过程模拟分析及悬挂式防渗墙设计研究

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1、北京工业大学硕士学位论文堤基管涌扩展过程模拟分析及悬挂式防渗墙设计研究姓名：廖维张申请学位级别：硕士专业：水工结构工程指导教师：彭一江;孙东亚2002.12.1摘要摘要堤防的渗流问题及其所导致的渗透破坏(常称管涌)极大地威胁着堤防的安全。据1998年长江防洪抢险的统计资料，长江中下游千堤险情约占险情总数的12．7％，其中重大险情698处，堤基管涌就占52．4％。研究堤基管涌机理及如何控制渗流，采取何种措旌是一个十分重要的课题。本文结合我国长江中下游堤基地质条件，采用三维渗流有限元分析方法，对堤基管涌扩展过程模拟和垂直防渗墙进行了一些探索。首先，论文对长江中下游易产生管涌破坏的堤基结构进行了模

2、拟分析，得到了管涌扩展的一些规律；同时研究了有、无防渗墙时，管涌扩展过程的不同，分析防渗墙对管涌扩展过程的影响；然后具体讨论了防渗墙深度、位置的不同对管涌发生和扩展的影响；最后，对3种垂直防渗墙深度的设计方法进行了对比，提出了最优设计方法——贯入度百分比一堤内脚出逸比降值图法，此法可以模拟复杂的实际地质条件，研究结果可供设计单位参考。关键词：管涌；管涌机理；扩展；垂直防渗墙；数值分析ABSTRACTAccordiIlgtothestatisticaldataofm旬ordangemllSsituationSexistcdintlleY撕昏zemaindikesdu血g1998l删弘n00ds

3、，12．7％d她gero懈situationsoccu玎edinⅡlemaindikesofmemiddIeaIldlOwerreaches．Thercwere698locatiollstllatenco岫tered、vi也t11emostdangeroussituations，andpipingofdikefoundationsconsistedofover52．4％oftllem．Tbstudypipingmechamsmarlditscountcrme嬲uresisamajorresearchtopic．Tllispapcrselectssomepracticaldil(esec廿01

4、1st0docasestlldiesby3-Dseepagea11alysisusingmliteelementmethod．B鹊edontlleseanalyses，propag撕onsimmationsofdikefoundationpipingalldtllee妊lciencyassessmentofvenicalcut-ofl’sarecondlIcted．Thepropagationprocessesofpipingarei11vestigatcdunderdi丘、erentcondmons谢tll锄dwitlloutcut-o正111eiIlfluencesofcutoffpos

5、itionandcuto丘d印tllarealsostudied．ComparativestLldyof恤优metllo出todete删ne恤d印t}lofcut-o行isc枷edout．Basedonthis，onedesignmetllodisrecornmended，i．e．鲫11icmemodbasedonmerelationsofpene仃，吐ion觚dseepage酉adientat也einnerdiketoe．ncanbeuseduIldercomplexgeologicalconditions．TheseresearchacllievementscaIlbereference

6、dindesign．KEYWORDS：piping，pipingmechanism，propagation，cut-o盯waU，numericalanalyseII第1章绪论洪水灾害在国内外都是各种自然灾害之首，而且这种灾害发生的频率和严重程度有不断加大的趋势，因此联合国号召开展“国际减灾十年”的活动。对于我国来说，自古以来就是水患大国，江河防洪关系到人民安危和国家盛衰的大事，历代有“治水治天下”之称。按照国内七大江河考虑，约有1／2的人口和70％的资产是集中在洪泛区内。建国以来，通过兴修水库、水闸及堤防、开辟滞洪区，已逐步形成防洪体系。然而最直接、最基本的防洪措施，就是堤防，因此加强堤防建

7、设与管理刻不容缓。1．1问题的提出河道堤防是我国防洪工程体系的重要组成部分。在长江、黄河等七大江河的中下游地区，堤防是防御洪水的最后屏障。目前，我国建有各类堤防25万km，其中主要堤防6．57万km。我国现有的堤防有三大特点fl】：一是堤基条件差。堤防傍河而建，堤线选择受到河势条件制约，基础大多为沙基，同时由于堤线过长，任务过重，绝大部分堤防未作基础处理。二是堤身建筑质量差。不少堤防是在原民堤的基础上，经历年