AutoBank7.07软件在堤防渗流稳定中的计算分析应用
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AutoBank7.07软件在堤防渗流稳定中的计算分析应用 摘要：堤防的渗流稳定问题是引起堤防破坏的主要原因。利用AutoBank7.07有限元分析软件，对堤防的渗流稳定进行计算分析。软件可以进行全自动网格划分，利用迭代计算法确定堤身浸润线及下游出逸点位置，并计算出各种工况下边坡的安全系数，为堤防的渗流稳定分析提供可靠依据。 关键词： 渗流场；有限元；浸润线；边坡稳定 0 引言 我国河湖众多，河湖的堤防是抵御洪水灾害的重要工程措施，是保护人民生命财产安全的有力保障，在历年洪涝灾害中发挥了极其重要的作用。堤防的渗流稳定是保证堤防安全的重要工程地质问题，在堤防工程建设和运行中应引起足够的重视，因此对堤防渗流稳定的研究具有重大意义。 现代计算机技术的发展，使有限元法、有限差分法等数值方法在计算堤防渗流稳定分析中大大提高了计算效率，得到了更加广泛的运用。运用河海大学工程力学研究所开发的水工结构分析系统AutoBank7.07软件进行堤防渗流计算，该程序可通过建立断面土层模型，给堤防赋予不同土层的物理力学指标和堤防内、外侧水位等条件，计算渗流场数据，并在AutoCAD环境下将浸润线、渗透坡降等值线等图形绘制在堤防断面网格划分图上，并通过录入不同工况下坝体浸润线以及滑弧始末范围等约束条件，算出圆弧滑裂面的安全系数，并找出最小安全系数和相对应的滑弧位置。AutoBank7.09软件可以充分满足工程设计中对二维渗流场有限元计算分析的需要。 1 计算模型介绍 此次选举的计算模型为某一河道堤防横断面，堤防工程级别为5级，堤顶宽7.0m，背水侧边坡为1:1.5，临水侧边坡为1:3.0，20年一遇洪水位41.61m，堤顶高程41.77m，临水侧河底高程36.77m，背水侧地面高程37.50m。 2 计算方法 2.1 计算工况 按照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中的相关要求和实际运用情况，确定堤防渗流计算和堤坡抗滑稳定计算工况，见下表 2-1、2-2。 1）设计洪水位工况：临水侧为设计洪水位，背水侧无水（运行期渗流），设计洪水位稳定渗流期的背水侧堤坡稳定分析。 2）设计洪水位骤降工况：水位由20年一遇洪水位12h骤降至水位38.61高程（骤降期渗流），设计洪水位骤降期的临水侧堤坡稳定分析。 2.2 计算参数 堤基为壤土，天然重度19.5kN/m3、渗透系数5.8×10-6cm/s、抗剪强度C=23.0kPa，Φ=17.5°；堤身为素填土，重度19.0 kN/m3、渗透系数4.78×10-5cm/s、抗剪强度C=19.8kPa，Φ= 18.5°。 2.3 计算过程 Autobank软件应用计算堤防渗流稳定分析过程如下：1)建模：在软件主界面建立模型或通过导入CAD文件建模；2)定义材料属性和材料分区：稳定渗流需要定义重度、渗透系数、抗剪强度等参数，非稳定渗流还需要提供给水度。定义好材料属性后即给响应图层赋值；3)网格划分：采用自动划分三角单位的方式，（参见图1）；4)定义边界条件：定义固定水位边界、可能出逸边界和水位变化边界、定义边坡搜索范围等；5)保存并求解：保存文件并求解渗流场及边坡最危险滑弧面；6)后处理：查看渗流及稳定计算结果，包括等势线、浸润线、流速等值线图、流速矢量图、边坡最危险滑弧图等。 3 结论分析 经过计算，结果见图2～图5，图2～图5分别给出了设计洪水位工况下的渗透比降等值线图、渗流力矢量图、最危险稳定滑弧图及水位骤降工况下的最危险稳定滑弧图，可以直观查看渗流场和边坡稳定情况，为堤防工程设计提供重要依据。 根据计算结果可知，该处堤防横断面在正常运行工况下，出逸点位置渗透比降为0.419，背水侧堤坡抗滑稳定系数为1.13，满足《堤防工程设计规范》中采用瑞典圆弧法时，抗滑稳定系数≥1.10的土质边坡抗滑稳定要求；在设计洪水水位骤降工况下，临水侧堤坡抗滑稳定系数为1.94，满足采用简化毕肖普法时边坡抗滑稳定系数≥1.20要求。 4 结语 经过以上分析，AutoBank7.07 软件能够根据堤防实际断面及现场地质数据较好快速便捷地模拟堤防在设计工况下的稳定渗流及在水位骤降情况下的非稳定渗流情况，能够计算在以上二者工况下堤防边坡稳定系数，可以为堤防渗流和稳定计算提供可靠依据。另外，AutoBank软件在AutoCad环境下使用，提高了计算和模拟的便利性。 参考文献： ［1］ 赵寿刚，常向前，潘恕，等.黄河标准化堤防渗流稳定可靠性分析[J].岩土工程学报，2007 ( 5):30－32. ［2］ 徐潞珩，陈翰，黄冠霖，等.基于AutoBank 的边坡坡脚对边坡稳定性影响研究[J]. 建筑科学，2013( 30):15－18. ［3］ 杜守来.AutoBank 软件在土坝渗流稳定计算中的应用[J].现代农业科技， 2012( 6):252－253. ［4］ 毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京:中国水利水电出版社，2003:128－ 131. ［5］ 梅强，李春雷，柯贤金.AutoBank7 在河道堤防渗流稳定分析中的应用[J].水利科技与经济，2016( 12):100－102. 作者简介： 张家璐，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，助理工程师 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/d2410b75834d2b160b4e767f5acfa1c7aa0082c5.html