黃兆虎，方攀博，韓延成，王 棟，鄧曉川，宋廣增，趙嘉誠

（1. 濟(jì)南大學(xué)，山東 濟(jì)南 250022； 2. 山東省水利勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250013；3. 山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濰坊分中心，山東 濰坊 261000）

0 引 言

明渠輸水工程是實(shí)現(xiàn)我國水資源調(diào)度，保證水資源平衡的重要舉措，例如南水北調(diào)中、東線，引黃濟(jì)青工程、膠東調(diào)水工程等均采用明渠形式。然而，由于長距離調(diào)水工程距離長，經(jīng)常會(huì)經(jīng)過裂隙發(fā)育地區(qū)。裂隙發(fā)育地區(qū)的巖質(zhì)邊坡，其滲流特性和與土質(zhì)邊坡渠道不同［1］。裂隙的復(fù)雜分布以及地下水在裂隙巖體中的分布和滲流的不均勻性致使裂隙巖體滲流問題研究極其復(fù)雜。由于裂隙滲流的復(fù)雜性，以往長距離調(diào)水工程渠道滲流都是按孔隙模型進(jìn)行滲流計(jì)算的，忽略了裂隙對滲流場的影響，而實(shí)際運(yùn)行中滲透破壞時(shí)常發(fā)生，進(jìn)而影響供水安全甚至發(fā)生嚴(yán)重的輸水事故。

滲流對大壩、渠道等水工建筑物邊坡穩(wěn)定性、滲透破壞具有重要影響［2］，國內(nèi)學(xué)者在渠道邊坡滲流方面進(jìn)行了廣泛的研究。高丹盈等［3］用有限元方法進(jìn)行了南水北調(diào)工程大沙河段渠道排水非穩(wěn)定滲流計(jì)算分析；朱國勝等［4］對逆止式排水系統(tǒng)對南水北調(diào)中線渠道邊坡滲流控制效果進(jìn)行了研究；鐘登華等［5］構(gòu)建了南水北調(diào)中線工程某渠段的工程地質(zhì)信息三維可視化模型，運(yùn)用耦合方程，對研究區(qū)域進(jìn)行滲流模擬，并采用流固耦合進(jìn)行渠道穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果表明渠道滲流對其穩(wěn)定性影響較大；左海鳳、王光謙等［6］建立了南水北調(diào)中線磁縣段三維水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了地下水排水?dāng)?shù)值模擬；方攀博等［7］研究了渠道排水管的不同布設(shè)位置對渠道滲流及揚(yáng)壓力的影響；陳思涵等［8］研究了高地下水位地區(qū)管、井相結(jié)合的復(fù)合排水方案及滲流場的模擬、減壓效果研究。

國內(nèi)外學(xué)者在裂隙滲流方面也進(jìn)行了廣泛的研究，在裂隙巖體渠道邊坡滲流方面，上世紀(jì)四五十年代前蘇聯(lián)的一些學(xué)者Волоэько 和Ломизе 等就對裂隙介質(zhì)（巖體）的水力學(xué)問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并最早提出了單裂隙巖體地下水運(yùn)動(dòng)的立方定律［9］。但在1963年法國Malpasset拱壩失事事故發(fā)生后，巖體裂隙滲流開始了更充分的研究。1965 年Snow［10］創(chuàng)立了巖體裂隙滲透率張量理論。李定方、萬力［11］采用有限元法分析滲流對巖體高邊坡的影響。張家發(fā)、李思慎、葉自桐［12］采用有限元分析法模擬分析了多年平均降雨條件下高邊坡巖體的穩(wěn)定滲流狀態(tài)。在巖體飽和-非飽和流的滲透規(guī)律方面，Brooks-Corey 在1964 年提出了適用多孔介質(zhì)的滲透特性的Brooks-Corey 模型。Mualem 于1976 年首次提出了適用于多孔介質(zhì)的Mualem 模型，并驗(yàn)證了此模型的適用性［13］。Van Genuchten［14］于1980 采用物理實(shí)驗(yàn)法擬合孔隙介質(zhì)模型得出非飽和裂隙滲流的重要模型Van Genuchten（VG）模型。黃濤等［15］將VG 模型和Mualem 模型結(jié)合在一起提出適用于兩相多孔介質(zhì)的VG-Mualem 模型，經(jīng)計(jì)算VG-M 模型與試驗(yàn)結(jié)果的擬合效果最佳。平揚(yáng)等［16］基于壓水試驗(yàn)分析了不同自重應(yīng)力以及巖性等因素對裂隙巖體滲透性的影響；魯志強(qiáng)等［17］進(jìn)行了裂隙水作用下水利巖質(zhì)邊坡抗傾覆動(dòng)力穩(wěn)定性研究，胡小昕等［18］進(jìn)行了基于裂隙網(wǎng)絡(luò)有限元的地下洞室圍巖位移反演分析。

綜上所述，學(xué)者們分別對渠道邊坡滲流、裂隙滲流進(jìn)行了廣泛的研究，目前在渠道設(shè)計(jì)時(shí)，滲流分析通常采用孔隙模型，在裂隙對渠道邊坡滲流的影響及孔隙模型與裂隙模型對渠道滲流影響對比方面缺乏研究。

山東省膠東調(diào)水工程是南水北調(diào)東線工程中山東“T”字型調(diào)水大動(dòng)脈的重要組成部分，是緩解膠東地區(qū)水資源供需矛盾的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施。但該工程萊州段部分渠段裂隙較多，所以通水以來每次停水檢查時(shí)均會(huì)出現(xiàn)大量的滲透破壞（見圖1），嚴(yán)重影響工程安全和供水安全。換言而知，在遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)地下水位的情況下，仍然產(chǎn)生了大量的滲透破壞。破壞位置呈現(xiàn)點(diǎn)狀分布，開展渠道裂隙滲流的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 渠道襯砌滲透破壞情況Fig.1 Seepage damage of channel lining

1 研究區(qū)概況及水文地質(zhì)勘探

研究區(qū)位于膠東引黃調(diào)水工程萊州段，萊州市境西南部沿海低緩丘陵區(qū)，地處趴埠周家橋（樁號62+509）至后趴埠東交通橋段（樁號64+909）之間。東經(jīng)119°49′33.213″～119°51′20.358″，北緯37°10′10.380″～37°11′19.691″。研究區(qū)西北為渤海，直線距離2.0 km。距離萊州市城區(qū)9 km，屬于溫暖帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明氣候溫和濕潤（圖2），多年平均氣溫12.4 ℃。1990-2019 年多年平均降水量為638.80 mm，最大年降水量為907.0 mm（2001 年）。研究區(qū)內(nèi)地表水體不豐富，在研究區(qū)西側(cè)有朱流河經(jīng)過，為季節(jié)性河流，常年水量短缺。研究區(qū)地層巖性簡單，主要為古元古界粉子山群崗箭組二云片巖、黑云片巖夾黑云變粒巖，巨屯組含石墨黑云斜長變粒巖及石墨大理巖等（圖3）。

圖2 萊州市1990-2019年降水量圖Fig.2 Precipitation map of Laizhou City from 1990 to 2019

圖3 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.3 Geological map of study area

根據(jù)項(xiàng)目研究需要，在研究區(qū)布設(shè)了三眼勘測井（渠左南SK1 井、渠右南SK2 井、渠右北SK3 井），得到了巖芯，進(jìn)行了滲水試驗(yàn)［19］，安裝3 套水位自動(dòng)觀測設(shè)備和1 套渠道水位觀測設(shè)備。在濟(jì)南大學(xué)進(jìn)行了相關(guān)滲水實(shí)驗(yàn)，滲水實(shí)驗(yàn)所得滲透系數(shù)如表2所示。

2 模型計(jì)算原理

2.1 裂隙生成原理

目前直接獲取整體巖體邊坡的裂隙幾何分布是十分困難的，研究者通常采用鉆探得到的巖芯，采用統(tǒng)計(jì)方法來獲取裂隙幾何信息［20］。但這種方法所研究的范圍較小，覆蓋面不足，不能很好體現(xiàn)巖體內(nèi)大范圍的裂隙幾何特征。本文通過鉆探獲取巖芯（圖4）統(tǒng)計(jì)裂隙幾何基本信息，基于蒙特卡羅法，利用MATLAB 語言編制二維離散化裂隙網(wǎng)絡(luò)程序生成渠道邊坡裂隙分布。

圖4 研究區(qū)域明渠兩岸鉆孔巖心Fig.4 Borehole cores on both sides of open channels in the study area

2.1.1 隨機(jī)裂隙網(wǎng)絡(luò)基本假定

對于要生成的裂隙網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行如下5條假定［23］。

（1）裂隙網(wǎng)絡(luò)中裂隙的主要幾何參數(shù)有：跡長L、裂隙寬度、裂隙的分布密度和裂隙的傾角θ（即跡線與X軸方向的夾角）。

（2）對于生成裂隙，主要由裂隙的中心點(diǎn)（X0，Y0）、裂隙的跡長L、傾角θ、裂隙的兩端端點(diǎn)確定。裂隙兩端點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式為：

端點(diǎn)1（X1，Y1）：

端點(diǎn)2（X2，Y2）：

（3）生成裂隙結(jié)構(gòu)面的跡線為直線段，結(jié)構(gòu)面的長度為裂隙的跡長、寬度為裂隙的張開度，結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀由裂隙的傾角確定。

（4）裂隙的數(shù)量由生成域的面積乘該組的裂隙密度得到。

（5）若有裂隙不位于和不完全位于研究邊界，位于研究域外的裂隙部分進(jìn)行刪除。

2.1.2 裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何參數(shù)確定

裂隙的生成需要對裂隙的各參數(shù)進(jìn)行確定。具研究表明［21，22］，一般情況裂隙中心點(diǎn)服從均勻分布，裂隙跡長服從負(fù)指數(shù)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，裂隙傾角服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，裂隙的密度服從負(fù)指數(shù)分布，裂隙的張開度服從負(fù)指數(shù)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。本文通過鉆孔調(diào)查、根據(jù)裂隙各參數(shù)分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算分析，將研究區(qū)的裂隙組分為兩組，得到各組裂隙的初始幾何參數(shù)如下表1所示。

表1 裂隙初始幾何參數(shù)Tab.1 Initial geometrical parameters of fracture

2.2 飽和-非飽和滲流微分方程

由于渠道兩側(cè)降雨入滲對渠道邊坡滲流有影響。因此本文采用飽和-非飽和滲流微分方程進(jìn)行滲流計(jì)算。

Darcy 定律是用來描述多孔介質(zhì)中流體流動(dòng)的方程，以孔隙水壓力為自變量，其微分形式如下［24］：

式中：K(θ)為土壤含水率函數(shù)；Hm為土水勢。

飽和滲流微分方程為：

式中：ε為孔隙率；ks為飽和滲透系數(shù)；p為孔隙水壓力；ρ為流體密度；g為重力加速度；D為縱坐標(biāo)（方向同縱坐標(biāo)z）。

非飽和滲流用Richards方程表示，以壓力水頭為自變量，其偏微分方程如下［25］：

式中：C為比水容量（dθ/dh）；Ss為儲(chǔ)水率也叫貯水率，1/m；θ為體積含水率；Se為有效飽和度；hp為壓力水頭（p）；Kr為非飽和滲透系數(shù)。其中非飽和水力參數(shù)C、Se、θ等用Van Genuchten 模型模擬。

Van Genuchten模型其原理表達(dá)式如下［26］：

式中：θ為體積含水率；h為負(fù)壓，m，取正值；θs，θr分別表示飽和體積含水率和殘余體積含水率；α、m、n為模型參數(shù)。

Kr的表達(dá)式為［27］：

式中：Se為有效飽和度；d為孔隙分布的分維。

3 研究區(qū)模型構(gòu)建

為對比分析，本文分別建立考慮裂隙的模型（裂隙流模型）和不考慮裂隙的模型（孔隙模型）進(jìn)行研究與對比。

3.1 研究區(qū)選取與模型生成

本文選取研究區(qū)域樁號62+809 位置處的局部渠道斷面作為此次的模擬計(jì)算區(qū)域，區(qū)域長高分別為55 和23 m。利用MATLAB 編制算法，以裂隙初始參數(shù)為依據(jù)，生成裂隙網(wǎng)絡(luò)模型如圖5所示。

圖5 隨機(jī)裂隙網(wǎng)絡(luò)圖Fig.5 Random fracture network diagram

將圖5 與渠道斷面疊加，并根據(jù)2.1.1 節(jié)所述假設(shè)，對不位于研究區(qū)域內(nèi)的裂隙進(jìn)行刪除和截??；采用三角形網(wǎng)絡(luò)剖分法進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分（對研究重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密），最終得到的裂隙流有限單元網(wǎng)格如圖6 所示，裂隙的開度則在COMSOL裂隙流模塊中設(shè)置。不考慮裂隙流的孔隙模型有限單元網(wǎng)格如圖7所示。

圖6 裂隙模型有限單元網(wǎng)格劃分Fig.6 Finite element meshing of fracture model

圖7 孔隙模型有限單元網(wǎng)格劃分Fig.7 Finite element meshing of pore model

3.2 模型相關(guān)參數(shù)設(shè)置

數(shù)值模擬采用COMSOL 軟件的Darcy 定律模塊進(jìn)行數(shù)值模擬。在滲流計(jì)算中，采用Darcy 定律匹配Richards 方程作為滲流計(jì)算的基本方；非飽和水力參數(shù)采用Van Genuchten 模型計(jì)算；滲流相關(guān)參數(shù)采用野外實(shí)驗(yàn)并參考原渠道設(shè)計(jì)滲流參數(shù)（見表2）。

表2 相關(guān)滲流計(jì)算參數(shù)Tab.2 Related seepage calculation parameters

3.3 模型邊界條件設(shè)置

在滲流模型中，上邊界與邊坡坡面為大氣降水邊界，左側(cè)設(shè)置水頭邊界。同等地下水位時(shí)渠道不輸水時(shí)揚(yáng)壓力最大，為最不利工況，因此渠道底部設(shè)置為無流動(dòng)邊界。右側(cè)按年庚乾［28］研究的滲流邊界設(shè)置（如圖8 所示），即當(dāng)邊坡體內(nèi)非飽和時(shí)，水不會(huì)向外滲出；當(dāng)邊坡體內(nèi)達(dá)到飽和時(shí)，水則不斷向外滲出，滲流邊界方程可表示為：

式中：n表示邊界外的法向量；u表示邊界的流速；ρ為液體密度；Ks為巖體飽和滲透系數(shù)；p為孔隙水壓力；L為耦合長度尺度（近似代表滲流邊界厚度）。

4 渠道邊坡滲流模擬及結(jié)果

4.1 不同降雨條件下模擬

在2013 年7 月，萊州連續(xù)降雨5 d，累計(jì)市平均降雨量達(dá)到500 mm 以上；在2022 年由于煙臺(tái)地區(qū)受第12 號臺(tái)風(fēng)“梅花”影響，9 月14 日6 時(shí)-16 時(shí)，煙臺(tái)市發(fā)生一次強(qiáng)降水過程。據(jù)市水文中心統(tǒng)計(jì)，全市平均降水量208.7 mm，最大點(diǎn)為蓬萊區(qū)村里集鎮(zhèn)南官山站490.5 mm。因此本次模擬參考這兩次極端降雨的時(shí)段平均降雨量作為降雨過程。固定地下水水位（9.6 m），設(shè)置降雨強(qiáng)度分別為5 和20 mm/h，降雨時(shí)長分別為96 和24 h，并且在降雨停止后繼續(xù)模擬40 h的入滲時(shí)長（見表3），采用COMSOL 軟件分別構(gòu)建孔隙模型和裂隙模型，采用Darcy 滲流模塊模擬，模擬方案如表3所示。

4.1.1 體積含水率隨降雨的變化過程

在自然界的渠道邊坡中，地下水位線以下的土體均處于飽和狀態(tài)，地下水位線以上的部分即為非飽和土體，并且含水率會(huì)隨著高程的增加而減少。對表3 中的4 種工況分別進(jìn)行模擬，得到不同降雨強(qiáng)度條件下孔隙模型和裂隙模型在不同時(shí)刻的體積含水率分布圖。圖9 為初始時(shí)刻體積含水率圖，即深紅色部分為地下水位以下部分，圖10、圖11為雨強(qiáng)為20和5 mm/h不同時(shí)刻的體積含水率分布圖。

圖10 降雨強(qiáng)度20 mm/h下的模型體積含水率（地下水位9.6 m）Fig.10 Model volumetric moisture content at rainfall intensity of 20 mm/h（The water table is 9.6 m）

圖11 降雨強(qiáng)度5 mm/h下模型體積含水率（地下水位9.6 m）Fig.11 Moisture content of model volume under rainfall intensity of 5 mm/h（The water table is 9.6 m）

從模擬結(jié)果可以明顯看出，圖10 所示為降雨強(qiáng)度20 mm/h時(shí)，當(dāng)降雨時(shí)長T=24 h 時(shí)，孔隙模型的濕潤峰最低點(diǎn)高程為12 m，而裂隙模型的濕潤峰最低點(diǎn)高程為11.5 m；此時(shí)孔隙模型入滲區(qū)體積含水率達(dá)到0.45 以上，裂隙模型入滲區(qū)體積含水率僅有0.35～0.4 左右。當(dāng)降雨停止繼續(xù)入滲40 h 后，兩模型的入滲面積均達(dá)到最大，同時(shí)部分入滲水補(bǔ)充地下水，裂隙模型的入滲區(qū)體積含水率維持在0.25 左右，孔隙模型的入滲區(qū)體積含水率維持在0.3。

圖11 表明，降雨5 mm/h 的條件下，當(dāng)T=96 h 時(shí)裂隙模型的濕潤峰運(yùn)移速度比孔隙模型要快（裂隙模型濕潤峰最低點(diǎn)11 m，孔隙模型濕潤峰最低點(diǎn)11.6 m），此時(shí)裂隙模型入滲區(qū)體積含水率在0.3，而孔隙模型入滲區(qū)體積含水率在0.35；當(dāng)降雨停止繼續(xù)入滲40 h 后，兩模型的入滲面積均達(dá)到最大，同時(shí)部分入滲水補(bǔ)充地下水，裂隙模型的入滲區(qū)體積含水率維持在0.25左右，孔隙模型的入滲區(qū)體積含水率維持在0.3。

對比孔隙模型和裂隙模型，可以看出，降雨強(qiáng)度一定情況下，兩種模型的濕潤峰運(yùn)移速度有明顯的不同，裂隙模型的濕潤峰會(huì)比孔隙模型快，即時(shí)間相同時(shí)，濕潤峰深入深度更大，易造成地下水位的上漲。裂隙模型的體積含水率略小于孔隙模型；這是因?yàn)榱严兜拇嬖?，雨水進(jìn)入裂隙后迅速下滲，入滲深度增加較快，同時(shí)裂隙內(nèi)的入滲水量隨著裂隙下滲至地下水位，部分水分補(bǔ)充地下水導(dǎo)致入滲區(qū)內(nèi)的體積含水率略小于孔隙模型。

模擬同時(shí)表明，降雨強(qiáng)度的改變對兩模型的入滲區(qū)域的體積含水率影響較大，入滲區(qū)體積含水率與雨強(qiáng)呈正比。

4.1.2 邊坡內(nèi)水壓力模擬結(jié)果分析

在自然情況下的降雨入滲會(huì)造成邊坡內(nèi)水壓力的變化，特別是坡腳處水壓力的變化容易造成渠道襯砌板鼓脹和脫落。本節(jié)選取表3 中工況1、2，針對裂隙的存在與否對邊坡內(nèi)部水壓力變化的影響進(jìn)行數(shù)值模擬，得到結(jié)果如圖12-14所示。

圖12 初始條件下邊坡內(nèi)水壓力分布云圖（地下水位9.6 m）Fig.12 Distribution cloud diagram of pressure in slope under initial conditions（The water table is 9.6 m）

圖13 裂隙模型降雨20 mm/h邊坡內(nèi)及坡腳處水壓力分布云圖（地下水位9.6 m）Fig.13 Cloud image of water pressure distribution in slope and foot of slope with 20 mm/h rainfall in fracture model （The water table is 9.6 m）

圖14 孔隙模型降雨20 mm/h邊坡內(nèi)及坡腳處水壓力分布云圖（地下水位9.6 m）Fig.14 Cloud map of water pressure distribution in the slope and at the foot of the slope with rainfall of 20 mm/h for pore model（The water table is 9.6 m）

圖12所示為兩種模型初始時(shí)刻水壓力分布云圖，地下水位以下的壓力值呈現(xiàn)大于0 的數(shù)值。圖13（a）是采用裂隙模型在降雨強(qiáng)度為20 mm/h、降雨歷時(shí)為24 h 的下滲過程模擬40 h（降雨過程24 h、持續(xù)入滲40 h）得到的水壓力分布云圖；圖13（b）為坡腳處水壓力分布的局部放大圖。圖14（a）、圖14（b）采用孔隙模型模擬24 h+40 h 的邊坡水壓力分布云圖和坡腳處水壓力分布的局部放大圖?？梢钥闯觯诮涤晗聺B過程結(jié)束后，裂隙模型其壓力分布圖中部分區(qū)域的等值線呈現(xiàn)凸起，這說明此時(shí)地下水位已經(jīng)上升至凸起部位（高程12 m處），而孔隙模型這種現(xiàn)象則不明顯。這是由于裂隙模型的濕潤鋒提前到達(dá)地下水位，補(bǔ)充地下水位，易導(dǎo)致地下水位提前上漲，而孔隙模型的濕潤峰運(yùn)移速度比裂隙模型慢，地下水位上漲滯后于裂隙模型。但隨著地下水位的上升可能會(huì)導(dǎo)致襯砌板附近的壓力值會(huì)變大，從而對襯砌板產(chǎn)生一定的影響破壞。

4.2 襯砌板所受壓力分析

研究區(qū)此渠段自通水以來，渠道受揚(yáng)壓力影響襯砌板遭到破壞，其破壞形式主要表現(xiàn)為塌板、鼓板以及脫落。襯砌的破壞導(dǎo)致渠道的輸水能力下降，嚴(yán)重影響工程安全運(yùn)行。為研究渠道襯砌板受壓情況的變化情況，選取正常地下水水位情況（地下水位9.6 m），對孔隙和裂隙模型的襯砌板壓力情況進(jìn)行對比分析。

若判斷襯砌板所受壓力是否達(dá)到安全壓力值，首先應(yīng)先對安全壓力值進(jìn)行計(jì)算判斷，襯砌板抗浮穩(wěn)定性系數(shù)可表示為：

按照最不利情況進(jìn)行計(jì)算：檢修期時(shí)假設(shè)襯砌板頂面水壓力為零，水壓力直接作用于襯砌板底面，此時(shí)采用混凝土襯砌板的飽和容重25 kN/m3，襯砌板厚度為0.06 m，查閱規(guī)范可知，當(dāng)安全系數(shù)滿足Kf≥1.05 時(shí)，得出Δh≤0.14 m（即安全壓力最大值為1.4 kPa）。

取地下水位為9.6 m，根據(jù)COMSOL 模擬結(jié)果，可得到襯砌板所受壓力如圖15、圖16 和表4 所示。圖中橫坐標(biāo)X=46.75 m至X=51 m 為渠道襯砌邊坡，X=51 m 至X=55 m 為渠道襯砌底板。

圖15 降雨強(qiáng)度20 mm/h下襯砌板壓力變化曲線Fig.15 Pressure curve of lining plate under rainfall intensity of 20 mm/h

圖16 降雨強(qiáng)度5 mm/h下襯砌板壓力變化曲線Fig.16 Pressure change curve of lining plate under rainfall intensity 5 mm/h

表4 襯砌板所受壓力分析表Tab.4 Pressure analysis table of lining plate

由圖表分析，可以看出對于存在裂隙的渠道，其裂隙的存在會(huì)對邊坡襯砌板的安全有影響。同一次降雨，裂隙模型的襯砌板壓力出現(xiàn)最大值處始終提前于孔隙模型，且最大值始終大于孔隙模型，這說明了裂隙的存在使得襯砌板的破壞不僅時(shí)間上提前也會(huì)發(fā)生空間上的擴(kuò)大。當(dāng)降雨條件改變時(shí)，可以看出高雨強(qiáng)條件下破壞位置比低雨強(qiáng)條件下偏左了0.6 m 左右，說明強(qiáng)降雨條件下襯砌板破壞的范圍更廣。

5 結(jié) 論

本文以膠東調(diào)水工程萊州段部分渠段為研究對象，基于蒙特卡洛法，生成了二維隨機(jī)裂隙網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行了不同降雨條件下孔隙模型和裂隙模型的滲流模擬，得到如下結(jié)論。

（1）在降雨條件不同時(shí)，兩模型入滲區(qū)域的體積含水率與雨強(qiáng)呈正比，裂隙模型的濕潤峰運(yùn)移速度大于孔隙模型，與地下水位聯(lián)通提前，易造成邊坡處地下水位提前上漲；相同降雨強(qiáng)度下，裂隙模型入滲區(qū)域的體積含水率稍小于孔隙模型。

（2）在相同降雨條件、相同地下水位條件下，同一時(shí)刻裂隙模型的渠道坡腳處壓力值較孔隙模型的大，更易造成渠道襯砌板破壞。

（3）在相同降雨條件下，裂隙的存在使得襯砌板的破壞不僅時(shí)間上提前也會(huì)發(fā)生空間上的擴(kuò)大。襯砌板壓力出現(xiàn)最大值處隨著降雨強(qiáng)度的增加其位置會(huì)向左偏移，即降雨強(qiáng)度越大，破壞面積越大。

因此，裂隙發(fā)育地區(qū)的渠道滲流計(jì)算應(yīng)考慮裂隙對滲流、揚(yáng)壓力的影響。若忽略裂隙滲流的計(jì)算，結(jié)果可能與實(shí)際不符，會(huì)給工程運(yùn)行帶來潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。