截流戗堤渗流计算论文

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1、截流戗堤渗流计算论文.freel1+m2）p+a，其中a为戗堤顶宽，p为戗堤高度，m1和m2为戗堤上、下游边坡系数。利用公式（1）估算渗透流量，其关键问题是正确决定渗透系数KS，文献12提供了两种方法。但是，立堵截流戗堤多用石渣和少量大块石或混凝土块体混合堆筑而成，在选择KS值时，混合材料的当量粒径很难准确决定，所以按上述方法确定的KS与QS也不一定可靠。在分析国内外某些工程实测渗流资料的基础上，文献1最后给出了立堵截流戗堤渗流量的初估方法，取合龙时的渗流量QS，MAX=0.05Q，然后按下式估算立堵合龙过程中的渗流量：（

2、2）式中ＺS，MAX—龙口合龙，但未闭气时的落差；ＨS，MAX—龙口合龙，但未闭气时的上游水深。2截流戗堤渗流计算的条分法上述方法虽然简单，但由于公式（2）没有考虑截流材料分区、截流戗堤断面形状及河谷形状对戗堤渗透流量的影响，在较为详细的计算中就不太适用了。本节将参考堆石渗流的有关理论，推导立堵截流戗堤渗流计算的条分法。2-1水头损失方程由于截流戗堤使用的材料粒径较大，此时，细颗粒介质中渗流的达西定律不再适用。D．斯蒂芬森作了大量的堆石渗流模型实验5，并结合其他一些学者的实验数据，得出了堆石渗流摩阻系数K的经验公式（文献6

3、789也对堆石体渗流进行了大量的研究）：层流区（3）过渡区（4）紊流区（5）式中Re—雷诺数；Kt—紊流摩阻系数，光滑圆石Kt=1，半圆石块Kt=2，尖棱石块Kt=4。由于截流戗堤使用的材料粒径较大，其渗透一般属于紊流渗透（在截流过程的刚开始，上下游水头差不是很大，其流态可能不是紊流，按紊流公式计算不符合实际情况，但这时计算的渗流量相对截流设计流量很小，对于截流设计带来的偏差可以忽略），按照紊流区的渗流摩阻系数计算公式，根据流速平方率得出水头损失方程：（6）式中V—流速；n—材料空隙率d—材料的有效粒径，有关文献5采用d5

4、0（表示有50%的材料尺寸小于此标称直径）2-2单宽流量计算截流戗堤中的稳定渗流，其水面线将稳定于一个平衡状态，与明渠水流相似，可以从一个已知（控制）断面开始，计算戗堤中的水面线。通过粗颗粒多孔介质的紊流可以是缓流或急流。对于缓流，控制水深在下游；对于急流，控制水深在上游。截流戗堤中一般不会出现急流，故控制端面是在下游的。戗堤下游面的水位不会低于临界水深和明渠水流一样，对能量方程进行微分，可以求得一个临界水深YC（公式8）（7）（8）式中q—单宽流量；a—考虑流速分布不均匀的系数（对于矩形明渠，a为1.03～1.36，对于

5、堆石a值却不知道，假定a=1可以达到一般计算所要求的精度）。取临界水深作为戗堤下游面逸出处的水深。如果下游水位高于此水位，则以下游水位（较高的水位）为控制水深；否则，可以临界水深为控制水深，由此开始起算戗堤渗流自由水面线（即浸润线，如图1所示）。由水头损失方程（公式6）和能量方程（公式7），可以推导出浸润线方程（已知X0处的控制水深Y0）：（9）如果以戗堤下游端（X=b）的临界水深为控制水深，则有：（10）如果已知水深和戗堤材料参数，则可以由公式（9）或（10），求得临界水深，再由公式（8）求得单宽流量，程序中采用试算法实

6、现：1)假定下游水位高于临界水位，则以下游水位为控制水深，下游水深X=b处水深HX（即X0=b，Y0=HX）和上游X=0处水深HS（即X=0，Y=HS）代入公式（9），直接求解得YC；2)若YC小于下游水深HX，则应该以临界水深为控制水深，转到第3）步，否则，假定正确，转到第4）步；3)将上游X=0处水深HS代入公式（10），用迭代法求解得YC；4)由公式（8）求得单宽流量q。2-3戗堤渗流计算条分法的在截流过程中，当截流戗堤进占到某一时刻，沿戗堤轴线将戗堤分成若干个条带123…i…（如图2所示），计算各个条带的单宽流量q

7、i，按下面的公式计算该时刻的渗流量（式中Bi表示各个条带的宽度）。（11）3算例某水利枢纽，截流设计流量Q=489m3/s，龙口预留宽度42m。工程截流时采用一条隧洞分流。表1列出了不计算戗堤渗透流量的一些主要水力学参数，并和计算戗堤渗透流量的水力学参数作以比较。表1水力学参数比较项目计算渗流不计算渗流相差（%）最大流速（m/s）4.514.755.05最大落差（m）1.972.4419.3最大流速出现时龙口分流量（m3/s）89.15100.4010.5另外，最大流速出现时和截流合龙时戗堤的渗透流量为45.2m3/s和5

8、5.8m3/s，分别占截流设计流量的9.24%和11.4%。4小结本文分析了截流戗堤渗流计算的特点，借鉴堆石渗流计算的理论，推导了一种计算截流戗堤渗流的条分法。计算结果表明截流设计中忽略戗堤渗流显得过于保守，而文献1、2、3提供的估算公式无法反映河床地形对截流戗堤渗流的影响，本文推导的条分法具有一定的实