关键词：
数值模拟
水泥土搅拌桩防渗墙
安全系数
流固耦合
摘要：
辽河作为我国七大江河之一,现有堤防仍存在部分砂堤砂基产生渗流问题。本文通过对辽河干流盘锦段堤防水泥土搅拌桩防渗墙截渗成效进行数值模拟,利用Geo-studio软件的Seep/W、Slope/W和Sigma/W模块,模拟水泥土搅拌桩加固前后,在渗流作用下的堤防稳定性。对水泥土搅拌桩防渗墙不同深度和位置对堤防防渗的影响和水位快速下降产生非稳定渗流时,安置水泥土搅拌桩防渗墙对堤防的作用进行分析。同时深入探究不同降速工况对堤防边坡稳定性的影响,考虑流体与固体的耦合作用,采用极限平衡法对边坡稳定性进行研究,为渗流作用下的边坡稳定性评估和堤防治理设计提供实用的参考依据。主要结论包括:
（1）当堤防受到长期高水位浸泡后,内部浸润线升高,易造成渗透破坏,加入水泥土搅拌桩之后,堤防内部渗流稳定性得到增强,其防渗效果也变得尤为显著。防渗墙位置对于防渗墙前后水位差增加有促进作用,而防渗墙的深度则对堤防渗流和渗透坡降有显著影响。具体来说,防渗墙位置向前移动1m,堤脚渗流量可减少3.6×10-9m3/s,背水坡最大渗透坡降可减少0.018。当防渗墙深度为2m时,最大渗透速率约为0.65×10-6m/s,背水坡最大渗透坡降可减少0.007-0.01。在具体的工程实践中,只要满足施工基本条件,应优先考虑将水泥土搅拌桩防渗墙设置在靠临水侧,并确保搅拌桩底部能够深入堤基,且不宜过深。
（2）水位下降,堤防内会产生沿坡向下的水力梯度,残余孔隙水压力增加,土体抗剪强度降低,沿着坡面向下的渗流作用力增加,容易形成对坡面不利的动水压力,从而对边坡稳定性产生负面影响。防渗墙具有显著的截渗效果,堤防内部浸润线“凸起”现象得到一定的缓解,其有效地阻止了部分孔隙水后移,从而降低了背水堤坡的渗透压力,墙后浸润线降低,增强了堤防稳定性。堤防在临水堤顶的垂直沉降位移最大,但经过水泥土搅拌桩加固,堤身整体垂直沉降位移得到减少。在不同的降速条件下,防渗墙均能够显著提高最小抗滑稳定安全系数。以3.125m/h的骤降速度为例,防渗墙使临水堤坡安全系数提高了6.6%,使背水堤坡安全系数提高了7.6%。而在2m/h的快降速度下,防渗墙使临水堤坡安全系数提高了6.3%,使背水堤坡安全系数提高了7.8%。
（3）在考虑流固耦合作用情况下,水位下降时堤防安全系数有所降低。与未考虑流固耦合作用的堤防相比,堤防安全系数在未进行加固堤防中下降大约0.04,而在进行加固的堤防中下降大约0.01。在土体从饱和-非饱和的转换过程中,土体抗剪强度能力下降,导致其安全系数相对较低,水泥土搅拌桩加固能减小堤防的沉降位移,在考虑流固耦合作用时,这种特性使得边坡稳定安全系数受到影响相对较小。
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