考虑渗流作用的海堤稳定性分析

摘要：本文简述了海堤渗流研究的现状及意义，探讨了海堤堤身地基渗流破坏的机理，讲述了渗流作用下浸润面的确定方法，以及所建模型的真实可靠性，对渗流作用下海堤稳定的安全性评价具有重要的意义，并对海堤的渗流作用的发展提出了方向和建议。

Abstract: The paper discusses the current situation and the meaning of coastal levee seepage study and explores the mechanism of coastal levee foundation seepage flow damage which is of great significance to the safety research of stability under seepage function and proposes the direction and recommendations for the development of seepage function of coastal levee.

关键词：海堤；渗流作用；稳定性；浸润面

Key words: coastal levee；seepage function；stability；infiltrated surface

中图分类号：TV53 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0274-01

1研究背景及意义

海堤是沿海岸修建的一种挡潮防浪，防止田地被淹没的堤防工程，是海岸防护工程的主要设施。我国有18000km的大陆海岸线，分别濒临黄海渤海、东海、南海三个海区、现有总长度约为12000km的各类不同标准的海堤工程，是沿海地区50000多km2的土地面积和6800万人口生命及财产安全的重要屏障。随着海堤工程量的增加，以及近些年风暴潮的侵袭给沿海各省造成巨大的经济损失，对海堤的稳定性关注度逐年提高。由于海堤工程常年受到波浪的洗刷、冲击和侵蚀，因此，海堤的稳定需要时时观测。

渗流破坏普遍发生，70%的海堤险情是由渗流破坏引起的。渗流破坏主要分为地基破坏和堤身破坏，堤身破坏多数是由于施工不当造成的，加强施工期的监督可以有效避免或延迟堤身的渗透破坏；地基破坏往往是由于海堤地基有软弱层，有较厚的强透水层，随着渗流作用的持续，海堤发生倾覆或者出现滑动面。因此，要加强对渗流作用的研究。

2渗流破坏机理

堤身的渗透破坏包括三种类型：渗水（散浸）造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。

图1显示，在波浪的冲刷下，海堤的表面受到腐蚀，由于渗透力的作用，海水渗入堤身中，对组成海堤的块石，有浮托力作用，导致块石受力不均匀，产生了滑动，当波浪荷载不断的冲击海堤，海堤的渗透破坏程度逐渐增加，最终导致破坏。

堤基的渗透破坏一般为土力学中的流土破坏。产生破坏的主要原因是随着汛期水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降就会产生渗透破坏。渗透破坏首先在堤基的薄弱环节出现。对近似均质的透水堤基，渗透破坏首先发生在堤脚处。堤基管涌，尤其是近堤脚的管涌，发展速度快，容易形成管涌洞，一旦抢险不及时或措施不得当，就有溃堤灾难发生的危险。主要的理论是达西定律，达西分析了大量实验资料，发现土中渗透的渗流量q与圆筒断面积A及水头损失h成正比，与断面间距l成反比，即q=kA■=kAi，式中i=h/l，称为水力梯度，也称水力坡降；k为渗透系数，其值等于水力梯度为l时水的渗透速度。

3渗流浸润面的确定

在水流的作用下，海堤堤身内会出现渗流，即产生海堤渗漏，随着渗流的逐渐稳定，在堤身内就会产生稳定的水位，形成浸润面。所谓浸润线，即堤身横剖面线上稳定渗流面形成的曲线。由于浸润面是一条未知的曲线，采用数值模拟来进行。ABAQUS大型有限元软件，提供了合适的模型，只要定义了上下游水位，设置了堤身地基渗透参数，便可进行计算。模拟中唯一的难点在于边界条件的定义，水面与堤身地基的接触面，以及水流渗出的边界面，这两者的确定，直接影响了模拟的真实度。

图2显示，堤身中间就是浸润线，浸润线从迎水面的水位高度开始，逐渐下降到背水面的渗出位置，由于水力坡度下降，因此会产生这样的浸润线，在靠近迎水面的区域，浸润线较陡，靠近背水面的区域浸润线较平滑。海堤堤身通常情况下，迎水面强度高，背水面强度低，可能会出现如图所示的滑动面，渗流作用的发生，加速了滑动面的破坏，图2中的阴影部分，是发生破坏最严重的区域，需要在设计中加固。

4结语

①渗流作用是海堤稳定性研究中不缺少的重要影响因素，现阶段渗流作用的研究成果还比较少，海堤渗流过程中考虑的因素不全面，得出的成果还有待实际工程的验证。②确定了海堤堤身的浸润面，显示了海堤内部水力状况，计算出海堤的危险滑动面，计算结果可靠，为科学施工带来了理论指导。

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