情景4土石坝渗流分析

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1、情景4土石坝渗流分析（知识内容包括4.3、4.7）1渗流分析概述1）分析目的检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡稳定进行防渗布置与土料配置，根据坝内的渗流参数与逸出坡降，检验土体的渗流稳定，防止发生管涌和流土，确定坝体及坝基中防渗体和排水设施。确定通过坝及两岸的渗流量并设计排水系统的容量。2）渗流计算内容确定坝体浸润线及下游出逸点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；确定坝体与坝基的渗流量；确定坝体出逸段与下游坝基表面的出逸坡降，以及不同土层间的渗透比降；确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压

2、力；确定坝肩的等势线、渗流量或渗透比降。3）渗流分析的计算情况上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；上游设计洪水位与下游相应的水位；上游校核洪水位与下游相应的水位；库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。4）渗流分析的方法流体力学方法水力学方法流网法试验法。2渗流分析的水力学法1）基本假定（1）假设坝体土料为均质、各向同性材料；（2）杜平假设。即：假设坝体渗流为缓变流（等势线和流线均缓慢变化），渗流场中任何铅直线上各点的流速和水头相等。2）基本思路:以浸润线两端点a和b为分界线，将均质土坝划分为3段，即上游楔（xie）形体

3、、中间段、下游楔形体，然后分别列出各段的计算公式，再根据水流连续原理求解。（2）等效矩形体宽度计算在两段法中，虚拟的土坝上游面是铅直的，它距原上游坝坡与计算水位线的交点a的水平距离为△L。根据渗流阻力相当的原理，通过试验和理论分析，可得到式中，m1为上游坝坡坡度（斜率），H1为坝前水深。一、不透水地基上、下游无排水设施的、均质坝的渗流计算当地基渗透系数小于坝体渗透系数100倍以上时，通常认为地基为不透水地基。1）第一段渗流计算根据杜平假设，第一段中任一铅直线上各点的流速u都相等；根据达西定律，水的渗透流速与水力坡降成正

4、比，则可得渗透坡降；流速流量将在水头为H1的AO断面（首端）至水头为h0=a0+H2的bf断面（末端）之间进行积分，此时积分式为：于是可得第一段的渗流量q1为可得坝体第一段的浸润线方程为从上式可以看出，浸润线方程为一个二次抛物线方程。2）第二段渗流计算第二段为bgf段，该段的渗流量可以以下游水面为准，分水上、水下两部分进行计算。联立求出a0后，代入渗流量公式，即可求出该断面上坝体的渗流量。二、不透水地基上、下游有褥垫式排水设施的、均质坝的渗流计算1）基本要点（1）由流体力学方法可以证明：具有水平排水设施的均质土坝内的浸

5、润线是一条以排水起点为焦点的抛物线。假设焦点处的高度为a0，抛物线的原点C在排水起点右侧a0/2处。a0为未知量。（2）对具有褥垫式排水设施的均质土坝的渗流计算，仍采用“两段法”。如图所示，仍将上游楔形体转化为虚拟矩形，以EO为第一段的起始断面，将排水设施的起点处的铅直面DB作为第一段的终止断面，DB高度为h0。三、不透水地基上、下游有堆石棱体排水设施的、均质坝的渗流计算堆石棱体排水是指在土石坝下游坡脚处用块石堆筑成棱体进行排水，这种排水设施是土石坝中最常见的排水设施，一般设置在下游有水的情况。当下游无水时，堆石棱体排

6、水渗流分析与褥垫式排水渗流分析相同。以下分析下游有水的情况，并设下游水深为H2。四、不透水地基上心墙坝的渗流计算1）计算要点（1）由于心墙土料的渗透系数远小于坝壳土料的渗透系数（一般小100倍以上），因此，近似地认为上游坝壳中无水头损失，心墙前浸润线的水位为上游水位。（2）由于心墙土料基本上时均一的，因此，将心墙简化为等厚（厚度为δ）的矩形体。（3）设心墙后浸润线起点的高度为H。不透水地基上的心墙坝的渗流计算图2）分析结果通过心墙的渗流量为通过下游坝体的渗流量为五、有限深透水地基上均质坝的渗流计算本节主要针对坝体透水性

7、与地基透水性相似的均质土坝。对于坝体透水性与地基透水性差异较大的均质土坝，可参考相关文献。㈠总体思路第一步，假设地基不透水，按不透水地基均质土坝的渗流计算方法，确定坝体的渗流量q1和浸润线；第二步，假设坝体不透水，计算地基的渗流量q2；第三步，将q1与q2相加，即可近似地得到坝体和坝基的总渗流量；第四步，不考虑坝基渗透的影响，近似地按坝基不透水情况下的浸润线计算结果来确定坝体浸润线位置（事实上，由于坝基是透水的，因此浸润线将略有降低）。六、总渗流量的计算前面所介绍的是以一个断面为例的情况。对于整个坝的渗流量Q，可以根据

8、地形和坝体结构，沿坝轴线将坝划分为若干段（n段），各段的长度分别为L1、L2、……、Ln。分别计算各段的平均渗流量q1、q2、……、qn，然后将各段的渗流量相加，即可求出全坝的总渗流量Q。总渗流量计算示意图3土石坝的渗透变形及其防止措施（一）渗透变形的型式（分类）渗透变形的型式及其发生、发展、变化过程，与土料性质、土粒级配、水流条