【正文】 、ⅢⅢ剖面。由模型預(yù)報(bào)結(jié)果，施工期江堤三個(gè)剖面的上下游水位如表42所示。利用GMS中的SEEP2D模塊計(jì)算的江堤剖面的自由面及等勢(shì)線如圖44～圖48。圖中所示的是ⅡⅡ剖面的自由面及等勢(shì)線。表42 施工期江堤的上下游水位（單位：m）ⅠⅠ剖面ⅡⅡ剖面ⅢⅢ剖面上游水位下游水位上游水位下游水位上游水位下游水位圖44 沉井未降水時(shí)江堤的自由面及等勢(shì)線圖45 沉井降水8m時(shí)江堤的自由面及等勢(shì)線圖46 沉井降水13m時(shí)江堤的自由面及等勢(shì)線圖47 沉井降水18m時(shí)江堤的自由面及等勢(shì)線圖48 沉井降水23m時(shí)江堤的自由面及等勢(shì)線從等水頭線的分布情況可以看出，地下水流向沉井，流線方向偏向下，水頭主要損失于長(zhǎng)江定水頭與堤腳之間，從流速分布情況來(lái)看，位于地面粘土層流速較小，下部含水層流速較大。隨著水頭差的增大，邊界流速逐漸增大。在堤壩滲流問(wèn)題中，土顆粒級(jí)配狀況是滲流破壞形成的一個(gè)基本條件。土的級(jí)配的好壞可由土粒均勻程度和粒徑分布曲線的形狀來(lái)決定，而土粒的均勻程度和粒徑分布曲線的形狀又可以用不均勻系數(shù)（）和曲率系數(shù)（）來(lái)衡量。由我國(guó)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ14590）規(guī)定：對(duì)于純凈的礫、砂，當(dāng)大于或等于5，而且等于1～3時(shí)，土的級(jí)配是良好的，不能同時(shí)滿足上述條件的，土的級(jí)配是不良的。其中，為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10%，30%和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。江堤及兩層地基土的顆粒分析曲線如圖49～圖411。其不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)的計(jì)算值如表43。從圖中可以看出，曲線的坡度較陡，表示土的粒徑分布范圍窄，靠近，土的不均勻系數(shù)小，土粒較均勻。根據(jù)表43中的數(shù)據(jù)，江堤土和地基土的不均勻系數(shù)均小于5，第一層地基土的曲率系數(shù)小于1，因此土的級(jí)配是不良的，級(jí)配不良的土容易發(fā)生管涌破壞。因此，在施工降水階段要對(duì)江堤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)可能產(chǎn)生的管涌破壞采取預(yù)防措施。表43 和的計(jì)算值試樣序號(hào)江堤土第一層地基土第二層地基土152234562圖49 江堤土體的顆粒分析試驗(yàn)曲線圖410 第一層地基土的顆粒分析試驗(yàn)曲線圖411 第二層地基土的顆粒分析試驗(yàn)曲線滲流破壞的另一個(gè)原因是由水力梯度引起的管涌破壞。當(dāng)江堤降水時(shí)的水力坡降大于土體的臨界水力坡降時(shí)，土體就會(huì)發(fā)生滲透破壞，就會(huì)威脅到江堤的安全。根據(jù)降水深度，江堤中心及坡腳處產(chǎn)生的水力坡降計(jì)算結(jié)果如表44。 表44 沉井施工降水過(guò)程中江堤的水力坡降江堤水位（m）ⅠⅠ剖面ⅡⅡ剖面ⅢⅢ剖面堤身坡腳堤身坡腳堤身坡腳從上表看出施工降水過(guò)程中江堤中心及坡腳處產(chǎn)生的水力坡降隨著上下游水位差的增加而增加，在最大水位差的作用下，水力坡降均較大，特別是江堤中心，已靠近臨界水力坡降。表44中計(jì)算的水力坡降都在表41中所列的允許水力坡降范圍內(nèi)。因此，從水力坡降的判別標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，沉井施工降水過(guò)程中江堤不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。 邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算 計(jì)算方法大堤土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為二元結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定性計(jì)算中考慮了某些特殊的外力，如滲透力、地震慣性力等的作用，因此選用瑞典圓弧滑動(dòng)法來(lái)驗(yàn)算其抗滑穩(wěn)定性。瑞典圓弧滑動(dòng)法（簡(jiǎn)稱瑞典法）假定滑裂面是個(gè)圓柱面（剖面圖上為圓?。瑫r(shí)還假定不考慮土條兩側(cè)的作用力，安全系數(shù)定義為每一土條在滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和與外荷載及滑動(dòng)土體在滑裂面上所能產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩和之比。其受力分析如圖41413所示。在考慮滲透力作用下，瑞典法的計(jì)算公式為：式中：——土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)； ——水的容重。 圖412 瑞典法計(jì)算圖 圖413 滲流對(duì)土坡穩(wěn)定的影響 計(jì)算斷面及條件抗滑穩(wěn)定的計(jì)算斷面選用滲流計(jì)算的斷面一致，如圖42所示。江堤外側(cè)的水位根據(jù)預(yù)測(cè)的長(zhǎng)江水位變化，、。 計(jì)算結(jié)果根據(jù)《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范[75]》，江堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于表45的規(guī)定。本文采用瑞典法計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見(jiàn)表46。ⅡⅡ剖面不同降水時(shí)段的穩(wěn)定計(jì)算如圖414～圖417。表45 江堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)堤防工程的級(jí)別12345安全系數(shù)正常運(yùn)用條件非常運(yùn)用條件表46 江堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)水位（m）沉井降深（m）ⅠⅠ剖面ⅡⅡ剖面ⅢⅢ剖面8131823圖414 沉井降水8m時(shí)江堤ⅡⅡ剖面的穩(wěn)定性分析圖415 沉井降水13m時(shí)江堤ⅡⅡ剖面的穩(wěn)定性分析沉井降水18m時(shí)江堤ⅡⅡ剖面的穩(wěn)定性分析圖417 沉井降水23m時(shí)江堤ⅡⅡ剖面的穩(wěn)定性分析注：圖中的虛線表示外江堤的水位線和江堤的浸潤(rùn)線。從圖表中可以看出，在施工降水過(guò)程中，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于江堤正常運(yùn)用條件下的容許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。因此，江堤的抗滑穩(wěn)定是安全的。為了判斷江堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)隨上下游水位差的變化趨勢(shì)，根據(jù)表42及表46繪制的水位差與抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系曲線如圖418。圖418 水位差與抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系曲線從圖418可知，水位下降過(guò)程中,當(dāng)上下游水位差較小時(shí)，抗滑穩(wěn)定系數(shù)隨上下游水位差的增大而增大，當(dāng)上下游水位差繼續(xù)增大時(shí)，抗滑穩(wěn)定系數(shù)隨上下游水位差的增大反而減小，這個(gè)變化規(guī)律說(shuō)明，在水位的下降過(guò)程中，坡體的穩(wěn)定系數(shù)存在一個(gè)最大值，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是因?yàn)樵谒幌陆颠^(guò)程中，坡體中的浸潤(rùn)線也發(fā)生變化。隨著水位的降低，穩(wěn)定系數(shù)按由大到小的規(guī)律變化，這與文獻(xiàn)[76] 中提出的規(guī)律一致，說(shuō)明計(jì)算較合理。在水位開(kāi)始下降階段，穩(wěn)定系數(shù)隨上下游水位差的增大是因?yàn)榻?rùn)線的降低使土體的有效應(yīng)力增大，土的自重加大，增加的向下的抗滑力大于水平向外滲流的滲透力引起的土體的下滑力。而后隨著水位差的進(jìn)一步增大，江堤內(nèi)部的水力坡降逐漸增大，由滲透力引起的土體的下滑力大于土體自重增大的向下的抗滑力，因此，抗滑穩(wěn)定系數(shù)逐漸減小。 本章小結(jié)本章首先詳細(xì)闡述了滲流理論的破壞形式、計(jì)算方法及穩(wěn)定判別標(biāo)準(zhǔn)，并用GMS軟件中的二維有限元模型SEEP2D進(jìn)行模擬，得到了完整的流網(wǎng)與流線，分析了江堤在滲流力作用下的滲透穩(wěn)定。然后本章根據(jù)滲流計(jì)算得到的自由面位置，用瑞典圓弧滑動(dòng)法計(jì)算了江堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，得到抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)隨著上下游水位差的增大有先增大后逐漸減小的變化規(guī)律。6 主要結(jié)論及展望 本文主要工作和成果本文結(jié)合在建的泰州長(zhǎng)江大橋特大型陸上沉井施工降水方案的研究，利用地下水模擬軟件GMS，建立該水源地的數(shù)值模型，評(píng)價(jià)了施工時(shí)地下水的涌水量，并對(duì)施工期的地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。通過(guò)研究，得到以下一些結(jié)論:1. 本文將研究區(qū)概化成非均質(zhì)、各向異性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)，首次將GMS用于運(yùn)用在特大型沉井施工降水分析中。研究中采用概念模型和網(wǎng)格模型聯(lián)合建模，既簡(jiǎn)單又方便，并提高了建模的靈活性。GMS的高可視化特性更好的再現(xiàn)了地下水的動(dòng)態(tài)變化。，對(duì)水平向和垂直向的滲透系數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)和識(shí)別，將實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)的抽水量、地下靜水位和水位下降深度等資料代入模擬模型，得到較為理想的擬合流場(chǎng)，經(jīng)過(guò)模型的驗(yàn)證。，經(jīng)模型預(yù)報(bào)的涌水量和一般理論公式計(jì)算的基坑涌水量是基本吻合的。這進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的可靠性和準(zhǔn)確性，為施工的順利進(jìn)展提供了可靠的依據(jù)。從等水頭線圖可以看出，在施工階段，隨著水位的下降，網(wǎng)格疏干的深度和范圍逐漸增大，形成的降落漏斗水力坡降從外向內(nèi)由小變大，靠近抽水井區(qū)的水力坡降最大，符合滲透規(guī)律。由降水過(guò)程線的變化趨勢(shì)看出，靠近長(zhǎng)江的沉井兩側(cè)的水位下降速度慢且范圍小，這是由于在抽水過(guò)程中長(zhǎng)江源源不斷的補(bǔ)給，而另外兩側(cè)沒(méi)有充足的水源，因此水位下降速度快且范圍大。4．本文以滲流基本微分方程為基礎(chǔ)，采用二維有限元模塊SEEP2D建立了模型，對(duì)研究區(qū)地下水進(jìn)行了自由面、流網(wǎng)和流線的求解，得到了完整的流網(wǎng)與流線，并分析了水位下降時(shí)邊坡失穩(wěn)機(jī)理和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的變化規(guī)律。研究表明：在水位下降過(guò)程中,當(dāng)上下游水位差較小時(shí)，江堤抗滑穩(wěn)定系數(shù)隨上下游水位差的增大而增大，當(dāng)上下游水位差繼續(xù)增大時(shí)，抗滑穩(wěn)定系數(shù)隨上下游水位差的增大而減小。 ，本文考慮含水層抽水后的垂向主固結(jié)。采用BCF程序用有限元法解平面問(wèn)題比奧固結(jié)方程，得出沉降隨時(shí)間的變化情況。從計(jì)算結(jié)果得出，最大沉降量產(chǎn)生在江堤內(nèi)坡腳附近。由《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5028698），本研究區(qū)的沉降量在理論控制范圍之內(nèi)。 論文的創(chuàng)新點(diǎn)，并能反復(fù)校正模型使其能和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)值相吻合。首次將GMS軟件運(yùn)用在特大型沉井施工降水分析中。，能夠輸出動(dòng)態(tài)的水流路徑，并能得到完整的流網(wǎng)及等勢(shì)線，比較準(zhǔn)確地分析江堤的滲透穩(wěn)定性。，本次模擬可以預(yù)測(cè)堤壩的最大沉降段的位置以及最大沉降量，為控制江堤沉降變形提供依據(jù)。，本課題將模擬計(jì)算的結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工方案的實(shí)施，可進(jìn)一步驗(yàn)證模型計(jì)算的準(zhǔn)確性。整個(gè)沉井施工正在按計(jì)劃順利進(jìn)行。 有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題與展望，因此整個(gè)模型的研究范圍不大。在地下水模擬的源匯項(xiàng)的設(shè)置中，由于缺乏長(zhǎng)期觀測(cè)資料，沒(méi)有考慮降水、蒸發(fā)等因素，這些因素會(huì)影響模型模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。地下水系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)的、開(kāi)放的系統(tǒng)，因此，己建立的地下水模型應(yīng)在具體的應(yīng)用運(yùn)行過(guò)程中不斷的修正和補(bǔ)充、及時(shí)調(diào)整，只有經(jīng)過(guò)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)的多次反復(fù)過(guò)程，才能最終建立正確的合乎實(shí)際的模型，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。2. 堤基滲透變形發(fā)展過(guò)程實(shí)際是一個(gè)三維過(guò)程，本文中研究的是二維問(wèn)題，若要精確地預(yù)測(cè)某一區(qū)域的地面沉降量，考慮含水層組的次固結(jié)還是有必要的，本文只考慮了垂向的主固結(jié)。對(duì)于地面沉降引起的地裂縫現(xiàn)象，用三維固結(jié)模型與三維水流模型相結(jié)合得到的計(jì)算結(jié)果將更為合理。7 參考文獻(xiàn)[1] 張光輝，費(fèi)宇紅，劉克巖，等．海河平原地下水演變與對(duì)策[M]．北京：科學(xué)出版社，2004，152175[2] [D].2007[3] 郝治福，[J].北京：水利水電科技進(jìn)展，2006[4] 朱學(xué)愚，錢孝星，[M].南京大學(xué)出版社，1987[5] [D].河海大學(xué)，[6] [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1983(2)：1722[7] 陳葆仁，[M].北京：科學(xué)出版社，1988[8] [M].北京：地質(zhì)出版社，2001[9] Wang,amp。 to Groundwater Modeling[J].Journal of Hydrology,1983，66(2)：379380[10] Tissa ，Hubert discrete kernel simulation model for conjunctive management of a streamAquifer system[J].Journal of Hydrology，1986，85(3)：319338[11] Eddebbarh，Al，Carlson， modeling using an integrate largecapacity finiteelement model for multiple aquifer groundwater of the 1996 Symposium on Subsurface Fluid Flow Modeling，1996，1：2223[12] Hsieh PA， of a puter program to simulate horizontalflow barriers using the Survey39。s modular 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