催皓東-南水北調(diào)中線總干渠滲控?cái)?shù)值模擬-邯鄲會(huì)議

南水北調(diào)中線高地下水

膨脹土渠段滲控優(yōu)化及效果研究匯報(bào)人：崔皓東長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2012.03.14南水北調(diào)工程技術(shù)交流會(huì)-邯鄲主要匯報(bào)內(nèi)容（一）三維復(fù)雜滲流場數(shù)值計(jì)算方法簡介（二）南水北調(diào)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(jié)論及建議1.1基于固定網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)虛流量法圖1.1堤壩滲流理論計(jì)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(jìn)截止負(fù)壓法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2005.13.崔皓東,朱岳明.有自由面滲流分析的改進(jìn)節(jié)點(diǎn)虛流量法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009.33(2)1.速寶玉,朱岳明.不變網(wǎng)格確定滲流自由面的節(jié)點(diǎn)虛流量法[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),1991,19(5)

1.1基于固定網(wǎng)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(shù)學(xué)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(xì)模擬方法實(shí)體單元逆止閥圖1.3逆止閥數(shù)學(xué)模型逆止閥圖1.4逆止閥有限元網(wǎng)格水工及巖土工程滲流場數(shù)值計(jì)算模型滲流自由面處理密集排水孔幕的精細(xì)模擬復(fù)雜斷層（裂隙）的模擬等效連續(xù)介質(zhì)模型三維滲流場數(shù)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(fù)雜滲流場精細(xì)求解技術(shù)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(guān)鍵因素之一；渠道滲控措施需從安全、經(jīng)濟(jì)及易施工和管理等角度選擇最優(yōu)方案；（二）南水北調(diào)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(shè)困難、襯砌板易產(chǎn)生裂縫、施工程序復(fù)雜、對(duì)排水墊層材料質(zhì)量要求嚴(yán)格且造價(jià)較高等諸多因素）C比較方案2：襯砌板設(shè)透水縫+透水板（縫下）（高地下水深挖方段，若地下水質(zhì)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(cè)建模，模型上游邊界范圍的取值受地層滲透影響較大，取遠(yuǎn)端邊界與渠頂?shù)木嚯x為600m，取地表高程為181.0m，運(yùn)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(duì)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(zhì)橫剖面

圖2.2模型三維有限元網(wǎng)格A、整體三維有限元模型網(wǎng)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(wǎng)格(比較方案1）圖2.4透水縫下排水板網(wǎng)格(比較方案2）表1淅川某典型挖方段計(jì)算方案方案參數(shù)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(nèi)邊界條件按146.938m；排水墊層厚度25cm且滲透系數(shù)為1.0×10-3cm/s，渠坡設(shè)置排水井，其余參數(shù)見表1；基本方案運(yùn)行期滲控效果F2渠內(nèi)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(shù)為1.0×10-1cm/s；其他同F(xiàn)1；排水板代替砂墊層F4渠內(nèi)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(shù)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(shè)置排水板，取縫滲透系數(shù)為1.0×10-1cm/s；其他同F(xiàn)1；采用透水襯砌F7渠內(nèi)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(shù)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(shù)編號(hào)地層滲透系數(shù)(cm/s)1粉質(zhì)粘土(0~3m)1.0×10-42粉質(zhì)粘土(3~7m)5.0×10-53粉質(zhì)粘土(7m以下)5.0×10-64粉質(zhì)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(jì)算成果分析及比較2.4.1基本方案滲控效果

F1為初設(shè)運(yùn)行期方案，自由面靠近一級(jí)平臺(tái)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(diǎn)在渠底坡腳處；初設(shè)方案滲控措施是合理的。F1方案運(yùn)行期渠底最大壓力水頭差為0.10mF1方案運(yùn)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(yùn)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(dāng)縫下排水板滲透性降低時(shí)（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(jié)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(jié)論（2）襯砌下的排水板（或砂墊層）滲透性降低時(shí)，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(shè)計(jì)中應(yīng)考慮