学 海 无 涯 赤峰市红山区城郊乡防洪工程赤峰市红山区城郊乡防洪工程 5 6 稳定计算稳定计算 5 6 1 渗流及渗透稳定计算 1 渗流分析的目的 1 确定堤身浸润线及下游逸出点位置 以便核算堤坡稳定 2 估算堤身 堤基的渗透量 3 求出局部渗流坡降 验算发生渗透变形的可能 概括以上分析 对初步拟定的土堤剖面进行修改 最后确定土堤剖面及主 渗 排水设备的型式及尺寸 2 渗流分析计算的原则 1 土堤渗流分析计算断面应具有代表性 2 土堤渗流计算应严格按照 堤防工程设计规范 GB50286 981 第 8 1 2 条及本规范附录 E 的有关规定执行 3 渗流分析计算的内容 1 核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置 当在背水侧堤坡逸出时 应计算出逸点位置 逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降 2 当堤身 堤基土渗透系数 K 10 3cm s 时 应计算渗流量 3 设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位 4 堤防渗流分析计算的水位组合 1 临水侧为设计洪水位 背水侧为相应水位 2 临水侧为设计洪水位 背水侧无水 3 洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况 5 渗透计算方法 堤防渗流分析计算方法按照 堤防工程设计规范 GB50286 98 附录 E3 的透水堤基均质土堤渗流计算即 渗流问题的水力学解法 学 海 无 涯 6 土堤渗流分析计算 计算锡泊河左岸 0 468 横断面 堤高 5 05 米 P 2 半支箭左岸 0 302 25 横断面 堤高 6 46 米 P 2 该两段堤防均属于 2 级堤防 堤防渗流计算断面采用 1 个断面计算即可 采用 堤防工程设计规范 中透水 堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式 THL THH D 88 0m k 11 21 0 E 3 1 Hmmb 121 HHL E2 1 3 1 1 1 12m m HL E2 1 4 当 K k0时 h0 a H2 q THam TK Ham Hm m K 44 0 5 0 5 0 5 0 1 22 0 22 22 2 H2 E 3 2 2 对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定 X k T 0 q hy k 2 2 0 2 q hy E 3 2 6 式中 q 021 1 1 2 0 2 1 1m2 m 2 k hmHL hH 0211 01 0 m k hmHL hH T E 3 2 7 k 堤身渗透系数 k0 堤基渗透系数 H1 水位到坝脚的距离 m H2 下游水位 m H 堤防高度 m q 单位宽度渗流量 m3 s m m1 上游坡坡率 m1 3 0 学 海 无 涯 m2 下游坡坡率 m2 3 0 b 坝体顶部宽度 6 0m h0 下游出逸点高度 m 锡伯河采用数据列表如下 物理特性 筑堤土料 单层堤基 土 质 低液限粉土 圆砾 渗透系数 cm s 2 7 10 4 3 2 10 1 摩擦角 度 26 32 粘结力 kpa 35 0 半支箭采用数据列表如下 物理特性 筑堤土料 双层堤基 土 质 低液限粉土 4m 段粉土 6m 段圆砾 渗透系数 cm s 2 7 10 4 4m 段 3 1 6m 段 1 8 10 1 摩擦角 度 26 4m 段 26 3 6m 段 31 粘结力 kpa 35 4m 段 21 6m 段 0 渗流计算结果 正常工况锡伯河渗流计算结果表 工 况 H1 m q m3 d m q m3 d m 设计深 2 08 146 84 168 锡伯河浸润线计算结果 X 6 240 8 562 20 175 29 465 Y 2 080 1 557 0 847 0 278 学 海 无 涯 锡伯河防洪堤筑堤土为低液限粉土 基础为砂砾基础 强透水地基 堤身 部分为相对不透水层 基础和堤身渗透系数相差 100 倍以上 下游无水 经计 算堤身和堤脚无无出逸点 渗流稳定 半支箭防洪堤计算结果如下 按照 堤防工程设计规范 E 7 1 中说明地基 中表层土透水性较强 两层的渗透系数之比大于 100 即可称为双层地基 计算 得知越流系数为 0 008 本设计筑堤土了为低液限粉土 基础为砂砾基础 强 透水地基 堤身部分为相对不透水层 下游无水 经计算堤身和堤脚无无出逸 点 渗流稳定 采用公式为 010 1 k k TT A T1为弱透水层厚度 T0为强透水层厚 度 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 7 抗滑稳定计算 计算方法 此堤防的稳定计算分析采用理正边坡稳定分析系统 选用复杂土层土坡 稳定计算 采用碾压式土石坝设计规范 分别考虑了稳定渗流期 施工期 水 位降落期三种情况 采用圆弧滑动法 根据实际情况考虑了地震烈度 7 度 计 算方法采用简化毕肖普法 自动搜索最危险滑裂面 求得最小安全系数 在计 算过程中 根据大坝的实际情况输入土坝的重度和饱和重度 粘聚力 内摩擦 角 考虑了孔隙水压力 采用近似方法计算 不考虑渗透力的作用 计算成果 表见下面 以下为计算过程中采用的公式 简化毕肖普法 1 施工期的安全因数 sin 1 1 W tg m tgBWbC K 有效应力法 5 1 24 sin 1 W m WtgbC K u u 总应力法 5 1 25 2 水库降落 期的总应力法 sin 1 W m tgbuWC K cuicu 5 1 26 3 稳定渗流期或水库水位降落期有效应力法 sin 1 21 21 WW m tgubZbWWbC K w 5 1 27 式中 b 条块宽度 学 海 无 涯 W 条块实重 W W1 W2 rwZb W1 在坝坡外水位以上的条块实重 W2 在坝坡外水位以下的条块浮重 Z 坝坡外水位高出条块底面中点的距离 Ui 水库水位降落前坝体中的孔隙压力 U 稳定渗流期或水库降落期坝体或地基中的孔隙压力 条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角 C 施工期有效应力法中粘性土的强度指标 Cu u 施工期总应力法中的土的强度指标 Ccu cu 稳定渗流期和水库水位降落期中的土的强度指标 锡伯河堤防稳定计算成果表锡伯河堤防稳定计算成果表 位 置 工 况 上 游 下 游 稳定渗流期 2 11 1 896 施 工 期 2 51 2 17 水位降落期 2 118 考虑地震 7 度 1 97 1 78 半支箭河堤防稳定计算成果表半支箭河堤防稳定计算成果表 位 置 工 况 上 游 下 游 稳定渗流期 2 01 1 492 施工期 2 432 2 08 水位降落期 2 018 考虑地震 7 度 2 324 1 88 学 海 无 涯 安全系数符合规范要求 坝体稳定 通过以上计算 根据 堤防工程设计 规范 GB 50286 98 两道堤防均属 2 级 抗滑稳定安全系数正常运用条件 k允 1 25 非常运用条件 k允 1 15 由成果知上游各个工况的稳定安全系数 均在允许范围内的安全系数 堤防稳定 堤防上下游坡稳定计算简图如前页 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 学 海 无 涯 。