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地下水位较高地区的混凝土渠道衬砌在无良好排水措施的情况下,当遭遇较大的内外水位差的情况下会导致衬砌板产生浮托破坏和基土的渗透变形破坏。因此,高地下水位条件下的渠道衬砌必须采取有效的消减扬压力的排水措施以确保工程的运行安全可靠。
某渠道工程建设在冲洪积山前平原上,基础主要是大颗粒砂卵石,渗透性强。当渠外遭遇较大洪水或地下水位较高时,会导致衬砌板产生浮托破坏和基土的渗透变形破坏,同时由于地基地下水位较高,渠道底部混凝土板存在抗浮稳定不足问题。工程中常见的排渗措施包括排水垫层、排水沟及排水减压井等。排水减压井多用于表面弱透水层和下部强透水层均比较深厚的地基,或含水层成层性显著,夹有许多透镜体和强含水带的地基中。由于多数工程的堤基均为多层地基,地质条件复杂,因此在排渗措施的应用中以排水减压井的应用最为广泛。
本文针对某渠道工程的砂卵石地基,采用有限元方法对渠道地基的自流排渗系统开展渗流分析计算。研究的主要方法是采用三维有限元模型分析渠道两侧布设的排水降压井降压效果,寻找排水井布置的合理准则。
研究的主要内容包括:均质地基、非均质地基中自流排渗方案及抽排方案条件下的排水井布置参数,以及各工况下渠道底板扬压力分布情况。通过渗流分析计算得出各项参数变化时,渠道底板扬压力分布变化的基本规律,具体包括:
(1)均质渠段自排排水井三维渗流分析,分析不同排水井间距及井深对渠底扬压力的影响;
(2)非均质渠段自排排水井三维渗流分析,针对卵石夹层位置的不同,分析不同排水井间距及井深对渠底扬压力的影响;
(3)渠段抽排排水井三维渗流分析,根据地层情况,分析不同排水井间距及井深对渠底扬压力的影响;
排水井间距改变对渗流场影响较大,特别是在沿渠道轴线方向渗流场变化较大。设排水井以后,渠道坡面出渗点大幅降低,对坡面渗透稳定有利。在相同的排水井间距条件下,随排水井深度增加,坡面出渗点降低,渠道底板最大扬压力水头呈下降趋势。排水井的间距变化对渠道底部扬压力水头大小有影响,间距越大,扬压力水头越高。当排水井间距在5 ~10m之间时,排水井发挥较好的排水降压作用。排水井间距大于15m以后,降压效率降低。