從古至今，水利工程一向是關(guān)乎民生大事的第一要義，古代有一句話譯成白話文不難理解，意思是現(xiàn)在河水全都被有效合理的利用，使得百姓很富裕。

　　【摘要】水利中級(jí)工程師論文范文堤防工程設(shè)計(jì)是保護(hù)堤壩防止水患險(xiǎn)情的重要舉措，如何設(shè)計(jì)不穩(wěn)定滲流法使其對(duì)堤壩起到防護(hù)的效果是當(dāng)下需要緊迫探討的課題，本文是一篇水利中級(jí)工程師論文范文，通過對(duì)堤壩特點(diǎn)和不穩(wěn)定滲流法進(jìn)行分析與研究，最后運(yùn)用實(shí)例來對(duì)此進(jìn)行闡述。

　　【關(guān)鍵詞】不穩(wěn)定滲流,堤防工程設(shè)計(jì),計(jì)算,水利中級(jí)工程師論文范文

　　前言

　　作為防洪過程中不能忽視的重要基礎(chǔ)---堤和壩(土石壩和混凝土壩)的整個(gè)工程作用于防洪工程中相當(dāng)于是地基。防洪工程做的好與不好會(huì)對(duì)人們的安全起很大的影響，人民的生活安定，社會(huì)和國(guó)家才會(huì)穩(wěn)定。整個(gè)防洪過程中的堤和壩都是因?yàn)橐郧叭狈ο嚓P(guān)的設(shè)施設(shè)備而通過人的力量來對(duì)堤和壩進(jìn)行填筑工作，而面對(duì)這種大型工程，人力工作會(huì)顯得很單薄，這使得在流域內(nèi)季節(jié)性降水時(shí)期壩身和堤基由于沒有滲流控制措施，險(xiǎn)情頻發(fā)。因此，如何根據(jù)堤身的工程狀況和地基滲流等特點(diǎn)，采取對(duì)應(yīng)的滲流法是保護(hù)堤和壩的前提。

　　一、堤防工程特點(diǎn)

　　(1)由于歷史積淀的原因和河水的流勢(shì)，這兩個(gè)雙重因素決定了堤防中心軸線的位置，因此堤防中心軸線的位置是不可以按心情等因素隨便亂選的，這個(gè)軸線的位置相當(dāng)?shù)年P(guān)鍵，就像防滲條件好的部位在哪個(gè)位置不能隨便選定一個(gè)道理，所謂“成也蕭何敗蕭何”大抵就是如此，堤防工程從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，大部分選址在含有深厚透水層或軟土層的沖積平原上來進(jìn)行堤壩工程修建的。

　　(2)堤身材料受到水的影響，長(zhǎng)此以往堤壩會(huì)因?yàn)楦煽s從而出現(xiàn)裂縫，因?yàn)榈躺硎钦承酝敛牧洗罱ǘ�成，因此�?huì)很容易出現(xiàn)蟻穴、蟲洞等，為了防止這種情況的發(fā)生，一般而言每過幾年堤壩就要進(jìn)行一次徹查(完整、全面的勘察一遍)。

　　(3)一些堤壩的建造為了達(dá)到某些排水或者供水的要求(如橋梁、碼頭、通道等)，就需要從堤壩的中間開洞或開孔，這使得從堤壩中越過/穿過的建筑物數(shù)量增多，也就直接導(dǎo)致整個(gè)堤壩可能產(chǎn)生滲漏的部分就多了。

　　(4)人們?yōu)榱耸沟虊胃�加穩(wěn)固牢靠，會(huì)選擇將時(shí)間分段使填筑(填加能夠讓堤壩的結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜的材料)的高度逐漸增加。

　　(5)除了建在無人區(qū)的堤壩工程，還有一些堤壩工程會(huì)相對(duì)而言離人們距離較近，這就對(duì)堤壩工程的要求有了進(jìn)一步的提高，為了保護(hù)人們的安全，工程嚴(yán)禁有外漏水或者滲水的情況發(fā)生。

　　在水利工程中較多的提起到滲流，而滲流(Seepage flow)又是引起涉水工程破壞的主要原因，因此利用滲流計(jì)算來測(cè)算水利水電工程涉水工程的設(shè)計(jì)必不可少，這也是為了防患于未然。對(duì)工程滲流穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響的是對(duì)于滲透參數(shù)和滲流方法的選擇，作為防洪工程的基礎(chǔ)——堤防工程是整個(gè)防預(yù)洪水災(zāi)害的重要保護(hù)措施與屏障，如何根據(jù)堤身工程狀況并將地基滲流的特點(diǎn)考慮進(jìn)去，然后根據(jù)前兩個(gè)因素得出的結(jié)論而采取妥帖的有力措施(滲流防控)是使得堤防安全度過汛期得以保障并確認(rèn)的大前提。

　　二、不同地基的滲流特點(diǎn)

　　堤壩地基結(jié)構(gòu)分三種。

　　第一種：?jiǎn)我坏鼗?級(jí)配和透水性較均勻)一般而言在堤基內(nèi)產(chǎn)生承壓水的情況不易發(fā)生，單一粘性土地基不會(huì)引發(fā)滲流問題而是會(huì)使管涌險(xiǎn)情的發(fā)生幾率增加。

　　第二種：雙層地基(級(jí)配較強(qiáng)而透水性較弱)，作為二元結(jié)構(gòu)它的組成結(jié)構(gòu)為表層弱透水粘性土。

　　第三種：多層地基(級(jí)配和透水性較強(qiáng))，作為互層結(jié)構(gòu)，多層地基是指由強(qiáng)弱透水層所形成，可形成多個(gè)承壓水層，具有較強(qiáng)滲透穩(wěn)定性。

　　三、不穩(wěn)定滲流理論

　　我們就堤壩工程設(shè)計(jì)來進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，一切結(jié)論均基于這個(gè)假定情況上發(fā)生。我們現(xiàn)在假定堤壩的滲流情況較為穩(wěn)定，然后我們需要對(duì)堤壩斷面的尺寸進(jìn)行確定，并分析堤壩斷面的滲流情況和滑動(dòng)穩(wěn)定(Kc)。當(dāng)然，如上所述這些假設(shè)都需要有前提條件，如果針對(duì)洪水漲落速度快、頻率高的河道，那這些堤壩是不可能形成穩(wěn)定的滲流(Seepage flow)，再按常規(guī)進(jìn)行堤壩建設(shè)的工程設(shè)計(jì)，這毫無疑問是在大大的浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力。那么面對(duì)不穩(wěn)定滲流法在水利堤防工程中的設(shè)計(jì)我們應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)呢?

　　1.設(shè)計(jì)程序

　　設(shè)計(jì)洪水的過程因?yàn)槲覈?guó)地域廣泛、河流眾多，而地理和氣候差異又很大，首先應(yīng)該對(duì)工程標(biāo)準(zhǔn)(engineering standard)進(jìn)行確定,再ES進(jìn)行確定后再來計(jì)算洪水的水位和流量，并對(duì)它們的關(guān)系也進(jìn)行一系列計(jì)算，根據(jù)所得結(jié)果來判斷堤防斷面幾何尺寸大約是多少,然后再進(jìn)行滲流分析(Seepage Analysis)和滑動(dòng)穩(wěn)定分析(Sliding stability analysis)。根據(jù)所得的計(jì)算結(jié)果，再不斷的對(duì)堤壩斷面的幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整,重復(fù)上述步驟，直到根據(jù)測(cè)算所得的斷面尺寸的數(shù)據(jù)有了一定的規(guī)律。

　　2.洪水計(jì)算

　　根據(jù)工程標(biāo)準(zhǔn)的明文規(guī)定：工程設(shè)計(jì)的等級(jí)應(yīng)該與洪水的等級(jí)相等，這樣才能與之相抗衡。我們根據(jù)不穩(wěn)定滲流理論設(shè)計(jì),需要計(jì)算洪水流動(dòng)過程中，堤壩斷面上測(cè)得的洪水最大流量,然后以此來推斷洪水流量的一個(gè)界限,然后通過計(jì)算來設(shè)計(jì)斷面的水位隨時(shí)間變化的曲線。在確定了供水后(根據(jù)數(shù)據(jù)篩選出一組水位)，算出水位的持續(xù)時(shí)間，根據(jù)坐標(biāo)紙上不同的時(shí)間畫出對(duì)應(yīng)的水位，但因?yàn)楹樗�是自然�?zāi)害，規(guī)律無跡可尋，所以我們可以利用相關(guān)地區(qū)的不同資料條件,選擇一種或幾種方法合理使用來取得成果。

　　不穩(wěn)定滲流計(jì)算方法:

　　計(jì)算假定為:1)堤基不透水2)浸潤(rùn)線鋒面近似為直線3)略去非飽和土的張力勢(shì)

　　將洪水水位超過背水坡水位高程的水位歷時(shí)過程線分成若干時(shí)段j*Δt ,Li為某個(gè)時(shí)段浸潤(rùn)線向下游推進(jìn)距離,總距離計(jì)算公式如下:

　　式中:K代表堤身滲透系數(shù),n0代表土的有效孔隙率。

　　如果計(jì)算總距離的值小于堤防底部寬度,那么判定滲流為不穩(wěn)定滲流,堤防背水坡不會(huì)發(fā)生滲透破壞,其浸潤(rùn)線較穩(wěn)定滲流計(jì)算結(jié)果偏低。

　　3.水利計(jì)算

　　水力計(jì)算是為了得到水位隨時(shí)間變化的規(guī)律，有的河槽需水量小，這些蓄水槽的過程基本上可以忽略不計(jì)，因?yàn)槠鋵?duì)洪水流量的影響不起作用。一般來說，大江大河的堤防工程容易形成穩(wěn)定滲流，山區(qū)河流提防相對(duì)不易形成穩(wěn)定滲流，另外，蓄滯洪區(qū)提防在大洪水期間擋水時(shí)間較長(zhǎng)，也容易形成穩(wěn)定滲流。[1]

　　4.斷面設(shè)計(jì)

　　堤防工程的斷面設(shè)計(jì)(design of section)的流程應(yīng)該先對(duì)堤壩斷面的幾何尺寸進(jìn)行初步草定,然后根據(jù)勘測(cè)資料進(jìn)行滲透分析(Seepage Analysis)和滑動(dòng)穩(wěn)定(Sliding stability analysis)復(fù)核，斷面的尺寸應(yīng)該根據(jù)復(fù)核測(cè)算的結(jié)果進(jìn)行不斷的調(diào)整(進(jìn)行滲透分析和滑動(dòng)穩(wěn)定復(fù)核也應(yīng)該循環(huán)調(diào)整),直到得到經(jīng)濟(jì)合理的堤防斷面結(jié)果。在提防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，往往需要一定歷時(shí)，(T=L/V，在這一公式當(dāng)中，T表示提防斷面某一特征水位形成穩(wěn)定滲流所需要的時(shí)間，V表示滲流速度，L則表示滲徑)因此，能在提防斷面形成穩(wěn)定滲流的洪水，需要經(jīng)歷時(shí)間表較長(zhǎng)、水位比較高的的洪水過程，設(shè)計(jì)相應(yīng)洪水過程線要選取峰型較胖，峰值較高的過程[2]。

　　洪水水位隨時(shí)間變化的曲線線系是不規(guī)則曲線(計(jì)算起來會(huì)有一定難度),建議采用分段求和法進(jìn)行計(jì)算,這種方法簡(jiǎn)單、快捷準(zhǔn)確。

　　提防斷面形式直接影響穩(wěn)定滲流的形成：堤頂寬度越大，比降就越緩，從而滲徑變長(zhǎng)，不容易形成穩(wěn)定滲流;但是如果提防高度越大，則說明該處地面較低，相應(yīng)的堤角以上水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，形成穩(wěn)定滲流的可能越大[3]。

　　5.工程應(yīng)用實(shí)例

　　某堤防工程,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由50年一遇洪水設(shè)計(jì)提高至百年一遇,為此擬對(duì)原堤防自背水坡單側(cè)加高加厚，工程設(shè)計(jì)中,首先針對(duì)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了堤防滲流分析,其結(jié)果顯示堤身滲流為不穩(wěn)定滲流，因此工程設(shè)計(jì)時(shí),按其浸潤(rùn)線計(jì)算成果進(jìn)行滑動(dòng)穩(wěn)定分析,并確定了工程設(shè)計(jì)方案，此方案較穩(wěn)定滲流法設(shè)計(jì)方案可節(jié)省投資40%以上[4]。

　　設(shè)計(jì)洪水水位歷時(shí)過程線計(jì)算成果見圖1,該方案與穩(wěn)定滲流法設(shè)計(jì)方案的對(duì)比見圖2。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　不穩(wěn)定滲流情況下的堤防工程在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須先對(duì)堤壩所建地的滲流情況進(jìn)行合理的分析，然后根據(jù)分析所得的結(jié)論在進(jìn)行一系列的方案設(shè)計(jì)，這樣可以避免不必要的成本耗費(fèi)，也可以不用對(duì)人力和時(shí)間造成浪費(fèi)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]任葦.堤防穩(wěn)定滲流形成條件初探[J].陜西水利水電技術(shù),2000,02:19-21.

　　[2]盧玉民,徐澤平.堤防滲流計(jì)算的基本方法與滲流控制措施[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2007,(04).

　　[3]袁明國(guó).堤防工程滲流方面分析[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào),2007,03:48.

　　[4]呂德洪.不穩(wěn)定滲流法在堤防工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].巖土工程技術(shù).

　　《水利發(fā)展研究》是由水利部主管，水利部水利發(fā)展研究中心主辦的綜合性學(xué)術(shù)刊物。本刊的定位是水利系統(tǒng)軟科學(xué)研究領(lǐng)域的綜合性學(xué)術(shù)刊物，綜合報(bào)道國(guó)家的水利發(fā)展戰(zhàn)略、水利政策、法制建設(shè)、水利經(jīng)濟(jì)、水利管理、水利信息和工程建設(shè)等方面的方針政策、理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供服務(wù)和支撐，緊緊圍繞水利部的中心工作和重點(diǎn)，對(duì)我國(guó)水利發(fā)展具有普遍性、關(guān)鍵性的重大問題，開展理論與實(shí)踐上的探討，同時(shí)依托水利部發(fā)展研究中心的信息優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)介紹國(guó)外的先進(jìn)理論和經(jīng)驗(yàn)。