长江堤防武汉段渗流破坏风险分析毕业论文

 2021-11-23 09:11

论文总字数:25408字

摘 要

堤防工程的发展历史十分的久远,在中国乃至全世界范围都是抵御洪水的重要工程。随着经济社会的发展,许多地方都在兴建堤防工程或者对已有的使用年限很久的堤防工程进行加固,堤防工程也经常发生事故,尤其是以渗透破坏为主。所以对堤防工程进行安全评价工作是保证其正常运行的关键所在。

堤防工程渗流分析一直以来都是很重要的研究问题。随着科学技术的进步与相关理论知识的不断发展和完善,以及一些计算机软件的运用,渗流问题的分析也变得越来越方便快捷。本文的主要进行了一下工作:

(1)本文通过收集和整理分析相关的资料,根据国内堤防工程发生渗透破坏的事故,提出了堤防工程渗透破坏的必要性,总结了国外以及国内相关的专家以及学者对于堤防工程渗透破坏的相关研究的发展进程以及相关的研究成果,制定了本文的技术路线。

(2)总结和归纳了现如今堤防工程的渗流分析过程中所使用的相关研究方法与基本理论介绍了达西定律,连续性方程,稳定渗流微分方程等。阐述了有限元法的相关原理以及实际分析中的实现过程,堤防工程中采取有限元分析和数值模型提供了理论基础。

(3)介绍了武汉市自然地理条件、堤防工程概况,水文条件。学习并掌握了Geo-Studio软件中的相关功能,使用SEEP/W模块,以武惠堤17 750断面为例,进行渗流模拟分析,对模拟结果进行分析,从而对堤防工程进行渗流安全评价。

关键词:堤防工程;渗流;数值模拟;安全评价

Abstract

The development history of dike engineering is very long. It is an important project to resist flood in China and even in the world. With the development of economy and society, many places are building Dike Works or strengthening the existing Dike Works with long service life. Dike works often have accidents, especially seepage damage. Therefore, the key to ensure the normal operation of dike engineering is to evaluate the safety of dike engineering.

Seepage analysis of dike engineering has always been a very important research problem. With the progress of science and technology, the continuous development and improvement of related theoretical knowledge, as well as the use of some computer software, the analysis of seepage problem has become more and more convenient and efficient. The main work of this paper is as follows:

(1) Based on the collection and analysis of the relevant data, according to the seepage failure accidents of the domestic dyke engineering, this paper puts forward the necessity of the seepage failure of the dyke engineering, summarizes the development process and relevant research results of the relevant research on the seepage failure of the dyke engineering by foreign and domestic experts and scholars, and formulates the technical route of this paper.

(2) This paper sums up and sums up the relevant research methods and basic theories used in the seepage analysis of embankment engineering, introduces Darcy's law, continuity equation, stable seepage differential equation, etc. The principle of finite element method and the realization process of practical analysis are described. The theoretical basis of finite element analysis and numerical model is provided.

(3) This paper introduces the physical and geographical conditions, general situation of levee engineering and hydrological conditions of Wuhan city. Learn and master the relevant functions of geo Studio software, use seep / W module, take wuhui dike as an example, carry out seepage simulation analysis, analyze the simulation results, so as to carry out seepage safety evaluation for dike engineering.

Key words: dike engineering; seepage; numerical simulation; safety evaluation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国外研究现状 2

1.3 国内研究现状 3

1.4 堤防工程渗流分析的必要性 4

1.5 研究内容与技术路线 4

第2章 堤防渗流分析基本原理及渗透破坏的形式 6

2.1 渗流基本理论 6

2.2 达西定律 6

2.3 渗流基本方程 7

2.3.1 连续性方程 7

2.3.2 稳定渗流微分方程式 8

2.4 有限元法理论 8

2.5 渗透破坏的形式及表现特征 9

2.5.1 堤防工程的渗透破坏类型 9

2.5.2 堤防工程渗透破坏的表现特征 10

第3章 工程应用 12

3.1 自然条件 12

3.2 武汉市堤防工程概况 12

3.3 水文条件 14

3.4 武惠堤基本情况概述 15

3.5 模型的构建 16

3.5.1 Geo-Studio软件介绍 16

3.5.2 SEEP/ W渗流分析流程 18

3.6 结果分析 21

3.6.1 总水头分析 21

3.6.2 压力水头分析 23

3.6.3 渗流路径分析 25

3.6.4 渗流速率的分析 26

3.6.5 渗透坡降分析 26

第4章 结论与展望 28

4.1 结论 28

4.2 展望 28

参考文献 29

致 谢 31

绪论

研究背景与意义

堤防工程的实质是一种挡水建筑物,其主要沿湖泊、河流、海洋的岸边修建,也可以修建于水库的周边区域[1]。根据堤防工程分布的位置不同,可以将其分为海堤、湖堤、河堤、围堤以及水库堤防。在河流流域的河道两岸修建的堤防工程可以保护附近的居民房屋、耕地等,防止其受到洪水的侵犯[2]。河流干流流域的堤防工程主要由国家或者相关的地方机构进行日常的维护与管理,因为具有比较高的设计和建造标准,所以可以对重要的城镇、大型的工厂及企业进行较好的保护,其覆盖的保护面积也较为广泛。

堤防工程是江河湖泊防洪体系的重要组成部分,在灌溉、防洪、航运等方面能都产生巨大的环境效益、经济效益以及社会效益。同时,堤防工程也是重要的国民经济基础设施,在国民生产生活中扮演着重要角色[3]。水利规划部的资料显示,2017年之前,全国江河堤防累计建成30.6万km,受到保护的人口数量约为6.1亿人,耕地的保护面积达4.1105平方千米[4]。长江堤防在保护长江中下游平原中发挥着重要作用,是防洪的重要屏障。长江堤防累计建成30000km,其中,3600km为长江干堤。长江干堤始建于东晋永和年间的荆江北岸江堤,到明嘉靖三年,逐渐形成了连成一线的荆江大堤。在新中国成立初期,长江干流及支流的相关堤防工程都进行了不同程度的加固工作。1998年至2002年期间,国家累计投入397亿元用于长江堤防的加固及维护工程,截止2002年底,长江堤防工程的干堤部分平均加高1.5m至2m,且堤防工程的堤身宽度平均加宽4m至8m,堤基防渗、堤坡护岸等相关堤防工程的维护工程也在逐步展开,这些措施使得长江堤防的防洪能力显著提高。

我国的水利建设方面虽然取得了比较巨大的成就,但是我们依然面临十分严峻的防洪形势,除此之外,洪水灾害频频发生,从1954年至1998年的44年期间内,淮河、珠江、长江、海河、松花江等都爆发了较大的洪灾,造成的经济损失都在千亿元以上。尤其是1998年长江流域的特大洪水,造成了非常巨大的损失,6610km2的土地被淹没,2.3亿左右的人口受到不同程度的洪水的影响,因为洪水灾害所造成的直接经济损失超过2600亿元。相关数据显示,发生在1998年的长江流域特大洪水造成了堤防工程险情73825次,其中管涌26005次、漏洞16432次、散浸8333次,脱坡13494次、崩岸493次、涵闸出险2554次、跌窝886次、以及其他险情3408次[5]。据统计,长江干堤共计发生698次重大险情,其中因为渗透破坏造成的险情占到总险情的52.4%。因此,开展堤防工程的渗透破坏分析就显得尤为重要。

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