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1、o河北工程大学河北工程大学水电学院水电学院水利系水利系. 高等学校 水利水电工程 专业 5.3土石坝的渗流分析土石坝的渗流分析一、概述一、概述（一）渗流分析的任务（一）渗流分析的任务o（1）确定坝体浸润线和下游渗流出逸点的位置，）确定坝体浸润线和下游渗流出逸点的位置，为坝体稳定、应力与变形的计算和排水体的选择提为坝体稳定、应力与变形的计算和排水体的选择提供依据。供依据。o（2）计算坝体与坝基的渗流量）计算坝体与坝基的渗流量,以便估计水库渗漏以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水设备的尺寸。损失和确定坝体排水设备的尺寸。o（3）计算坝体与坝基渗流逸出处的渗透坡降，以）计算坝体与坝基渗流逸出处的渗透坡
2、降，以及不同土层之间的渗透坡降，以验算其渗透稳定性。及不同土层之间的渗透坡降，以验算其渗透稳定性。一、概述一、概述o浸润线、单宽流量、总渗量，渗透坡降浸润线、单宽流量、总渗量，渗透坡降o坝体、坝基渗流状况坝体、坝基渗流状况o渗流为层流，满足达西定律。渗流为层流，满足达西定律。一、概述一、概述（二）渗流分析的方法（二）渗流分析的方法o土石坝渗流计算方法主要有解析法、流网法和电模拟法。土石坝渗流计算方法主要有解析法、流网法和电模拟法。o解析法分为流体力学法和水力学法。前者理论严谨解析法分为流体力学法和水力学法。前者理论严谨,但但只能用于某些边界条件较为简单的情况，水力学法计算只能用于某些边界条件较
3、为简单的情况，水力学法计算简易简易,精度可满足工程要求精度可满足工程要求,得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。o流网法能求渗流场内任一点渗流要素流网法能求渗流场内任一点渗流要素,并具有一定的精并具有一定的精度度,但在渗流场内土体渗透系数差别较大的情况下较难应但在渗流场内土体渗透系数差别较大的情况下较难应用。用。o电模拟法用电流场模拟渗流场，从而测定渗流流网。电模拟法用电流场模拟渗流场，从而测定渗流流网。o数值法（有限元法）可计算不稳定渗流和较复杂的渗流数值法（有限元法）可计算不稳定渗流和较复杂的渗流问题。问题。一、概述一、概述（三）渗流分析的工况（三）渗流分析的工况o(1)上游正常蓄水位与下游
4、相应最低水位上游正常蓄水位与下游相应最低水位-坝内坝内渗透坡降最大，易产生渗透变形；渗透坡降最大，易产生渗透变形；o(2)上游设计洪水位与下游相应最高水位上游设计洪水位与下游相应最高水位-坝内坝内浸润线高，渗流量大；浸润线高，渗流量大；o(3)上游校核洪水位与下游相应最高水位上游校核洪水位与下游相应最高水位-坝内坝内浸润线最高，渗流量最大；浸润线最高，渗流量最大；o(4)库水降落时，对上游坝坡稳定不利，应确定其库水降落时，对上游坝坡稳定不利，应确定其浸润线。浸润线。二、水力学法二、水力学法（一）基本假定（一）基本假定o1)土料均质，各向同性，坝内任一点在各方向上的土料均质，各向同性，坝内任一点
5、在各方向上的渗透系数渗透系数K相同；相同；o2)渗流属二元稳定层流，渗流符合达西定律渗流属二元稳定层流，渗流符合达西定律V=KJ；o3)渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和流速相同。流速相同。二、水力学法二、水力学法二、水力学法二、水力学法（二）基本公式（二）基本公式o应用达西定律和假定，全断应用达西定律和假定，全断面内的平均流速等于：面内的平均流速等于：o设单宽渗流量为设单宽渗流量为q，则：，则：o矩形土体单宽渗流量为：矩形土体单宽渗流量为：二、水力学法二、水力学法（二）基本公式（二）基本公式o：对任一断面：对任一断面x，进行积，进行积分得：分得：
6、o浸润线方程：浸润线方程：二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o当当K地地K坝坝/100时，可认为地基是不透水的。时，可认为地基是不透水的。o1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况、下游无排水体或设贴坡排水体的情况二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况、下游无排水体或设贴坡排水体的情况用一个虚拟的等效矩形体代替上游楔形体，把此矩形用一个虚拟的等效矩形体代替上游楔形体，把此矩形体与中间段和而为一，成为第一段，下游楔形体为体与中间段和而为一，成为第一段，
7、下游楔形体为第二段。虚拟土坝的上游面为铅直的，距原坝坡与第二段。虚拟土坝的上游面为铅直的，距原坝坡与设计水位线的交点设计水位线的交点a的水平距离为的水平距离为L，根据渗流阻，根据渗流阻力相当的原理，通过试验和理论分析，可得：力相当的原理，通过试验和理论分析，可得：式中：式中：m1为上游坝坡坡率；为上游坝坡坡率；H1为坝前水深。为坝前水深。二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况、下游无排水体或设贴坡排水体的情况（1）坝身矩形渗流区段的渗流量：）坝身矩形渗流区段的渗流量：（2）下游楔形体的渗流量）下游楔形体
8、的渗流量,可分下游水位以上及可分下游水位以上及以下两部分以下两部分。二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况、下游无排水体或设贴坡排水体的情况（2）下游楔形体）下游楔形体,分为下游水位上、下两部分分为下游水位上、下两部分1)水上部分坝身段与楔形体段以水上部分坝身段与楔形体段以1：0.5的等势线为分界面，水位的等势线为分界面，水位以下部分以铅直面作为分界面，以下部分以铅直面作为分界面，则通过下游楔形体上部的渗流量：则通过下游楔形体上部的渗流量：二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）
9、不透水地基上均质坝的渗流计算o1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况、下游无排水体或设贴坡排水体的情况（2）下游楔形体）下游楔形体,分为下游水位上、下两部分分为下游水位上、下两部分。2)通过下游楔形体下部的渗流量为通过下游楔形体下部的渗流量为二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均（三）不透水地基上均质坝的渗流计算质坝的渗流计算o1、下游无排水体或设、下游无排水体或设贴坡排水体的情况贴坡排水体的情况根据水流连续条件，联立根据水流连续条件，联立两式，就可求出两个未两式，就可求出两个未知数的渗流量知数的渗流量q和逸出和逸出点高度点高度a0。二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计
10、算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o2、下游设褥垫排水、下游设褥垫排水(棱体排水棱体排水)的情况的情况1)下游无水时将浸润线近似看作是以排水起点下游无水时将浸润线近似看作是以排水起点D为焦点且为焦点且通过通过E点的抛物线；点的抛物线；抛物线方程：抛物线方程：又浸润线过又浸润线过E点点（0，H1），得：），得：二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o2、下游设褥垫排水、下游设褥垫排水(棱体排水棱体排水)的情况的情况1)下游无水时下游无水时对对x=0和和x=L间的渗流区域计算得过坝体单宽流量间的渗流区域计算得过坝体单宽流量二、水力学法二、水力
11、学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o2、下游设褥垫排水、下游设褥垫排水(棱体排水棱体排水)的情况的情况2)下游有水时下游有水时二、水力学法二、水力学法（三）不透水地基上均质坝的渗流计算（三）不透水地基上均质坝的渗流计算o2、下游设褥垫排水、下游设褥垫排水(棱体排水棱体排水)的情况的情况2)下游有水时，近似认为坝内浸润线是以排水体内下游有水时，近似认为坝内浸润线是以排水体内坡与下游面交点为焦点的浸润线，可求得浸润线焦坡与下游面交点为焦点的浸润线，可求得浸润线焦点处自下游水面算起的渗流水深点处自下游水面算起的渗流水深坝体单宽流量坝体单宽流量二、水力学法二、水力
12、学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o1、设棱体排水的均质坝、设棱体排水的均质坝二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o1、设棱体排水的均质坝、设棱体排水的均质坝o渗流量：可先假定地基不透水渗流量：可先假定地基不透水,按上述方法确定坝按上述方法确定坝体的渗流量体的渗流量q1和浸润线；然后再假定坝体不透水和浸润线；然后再假定坝体不透水,计算坝基的渗流量计算坝基的渗流量q2；最后将；最后将q1和和q2相加相加,即可即可近似地得到坝体和坝基的渗流量。近似地得到坝体和坝基的渗流量。o将地基视为过水断面为将
13、地基视为过水断面为T1的带出口弯段的流管，的带出口弯段的流管，根据流体力学分析根据流体力学分析,弯段平均渗径长度约弯段平均渗径长度约0.44T(T为地基透水层的厚度为地基透水层的厚度)。二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o1、设棱体排水的均质坝、设棱体排水的均质坝o坝体和坝基总的单宽渗流量：坝体和坝基总的单宽渗流量：二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o1、设棱体排水的均质坝、设棱体排水的均质坝在距原点在距原点0为任意为任意x处取处取1-1断面，对断面，对x=0与与1-1断
14、断面间的坝体和坝基计算单宽渗流量。面间的坝体和坝基计算单宽渗流量。整理后得坝内浸润线方程整理后得坝内浸润线方程二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o2、带截水槽的均质坝、带截水槽的均质坝设截水槽用平均厚度设截水槽用平均厚度代替，槽末端断面渗流水深代替，槽末端断面渗流水深为为h，入坝处与槽末端断面间渗流量：，入坝处与槽末端断面间渗流量：同理槽末端断面和出坝处断面间渗流量：同理槽末端断面和出坝处断面间渗流量：联求可得联求可得h，进而求得，进而求得q二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流
15、计算（o2、带截水槽的均质坝、带截水槽的均质坝在槽末端断面与出口断面间任取在槽末端断面与出口断面间任取x断面，进行渗流计断面，进行渗流计算，可得浸润线方程为：算，可得浸润线方程为：二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算上土石坝渗流计算o3、带截水槽的心墙坝、带截水槽的心墙坝取心墙与截水槽的前后取心墙与截水槽的前后两个断面与出坝体段三两个断面与出坝体段三个断面进行渗流分析个断面进行渗流分析。二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算3、带截水槽的心墙坝、带截水槽的心墙坝心墙、截水槽段：取平均厚度心墙、
16、截水槽段：取平均厚度进行计算。若心墙进行计算。若心墙后的浸润线的高度为后的浸润线的高度为h，可推导出通过心墙、截水，可推导出通过心墙、截水槽的渗流量为：槽的渗流量为：通过心墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为通过心墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为根据连续条件根据连续条件q1=q2，联立求解得，联立求解得h，进而求得，进而求得q。二、水力学法二、水力学法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o4、带截水槽的斜墙坝、带截水槽的斜墙坝取斜墙与截水槽的前后两个断面与出坝体段三个取斜墙与截水槽的前后两个断面与出坝体段三个断面进行渗流分析。断面进行渗流分析。二、水力学法二、水力学
17、法（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算（四）有限深透水地基上土石坝渗流计算o4、带截水槽的斜墙坝、带截水槽的斜墙坝o斜墙、截水墙段：斜墙取平均厚度斜墙、截水墙段：斜墙取平均厚度，截水槽取平均厚度，截水槽取平均厚度1进行计算。斜墙后的浸润线的高度为进行计算。斜墙后的浸润线的高度为h，可推导出通过，可推导出通过斜墙、截水槽的渗流量为：斜墙、截水槽的渗流量为：o通过斜墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为通过斜墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为o根据连续条件根据连续条件q1=q2，联立求解得，联立求解得h，进而求得，进而求得q。二、水力学法二、水力学法（五）总渗流量的计算（五）总渗流量的计算o前面计算的是通过坝
18、体和坝基的单宽渗流量。由于前面计算的是通过坝体和坝基的单宽渗流量。由于沿坝轴线的各断面形状及地基地质条件并不相同，沿坝轴线的各断面形状及地基地质条件并不相同，因此计算通过坝体的总渗流量，可根据具体情况将因此计算通过坝体的总渗流量，可根据具体情况将坝体沿坝轴线划分为若干段。坝体沿坝轴线划分为若干段。图图 土坝总渗透流量计算示意图土坝总渗透流量计算示意图三、流网法三、流网法（一）流网的概念（一）流网的概念o渗流场：渗流运动的水质点所充满的空间。渗流场：渗流运动的水质点所充满的空间。o流流线：水质点运动的轨迹。线：水质点运动的轨迹。o等势线：渗流场中势能相等的各点连线。等势线：渗流场中势能相等的各点
19、连线。o流流网：流线与等势线组成的网格。网：流线与等势线组成的网格。（二）流网的特性（二）流网的特性o（1）流线和等势线都是圆滑的曲线。）流线和等势线都是圆滑的曲线。o（2）流线和等势线是互相正交的，即在相交点，）流线和等势线是互相正交的，即在相交点，二曲线的切线互相垂直。二曲线的切线互相垂直。三、流网法三、流网法（三）流网的绘制（三）流网的绘制o首先确定流网边界，浸润线和不透水地基的表面是第一首先确定流网边界，浸润线和不透水地基的表面是第一条和最末一条流线；上下游水下坝坡和库底是第一和最条和最末一条流线；上下游水下坝坡和库底是第一和最末一条等势线；末一条等势线；o其次，在浸润线和最末一条流线
20、之间再绘出几条流线；其次，在浸润线和最末一条流线之间再绘出几条流线；o再次，将上、下游水头差再次，将上、下游水头差H分成分成n等份，每份为等份，每份为H/n，然后引水平线与浸润线相交，从交点处按照等势线与，然后引水平线与浸润线相交，从交点处按照等势线与流线正交的原则绘制等势线，形成初步的流网。流线正交的原则绘制等势线，形成初步的流网。o最后，不断修改流线（包括初拟浸润线）与等势线，直最后，不断修改流线（包括初拟浸润线）与等势线，直至使它们构成的网格符合要求，使之成为扭曲正方形。至使它们构成的网格符合要求，使之成为扭曲正方形。流网绘制示意图流网绘制示意图三、流网法三、流网法三、流网法三、流网法（
21、四）流网的应用（四）流网的应用o1、渗透坡降与渗透流速：在图中任取一网格、渗透坡降与渗透流速：在图中任取一网格i，两等势，两等势线相距为线相距为Li，两流线间相距为，两流线间相距为Mi，水头差为，水头差为H/n，则该网格的平均渗透坡降为：则该网格的平均渗透坡降为：通过该网格两流线间（流带）的平均渗透流速为：通过该网格两流线间（流带）的平均渗透流速为：由于由于K、H，n在同一流网中为常数，在同一流网中为常数，Ji及及Vi大小与网大小与网格的中流线格的中流线Li成反比，即网格小的地方坡降和流速大，成反比，即网格小的地方坡降和流速大，反之则小。反之则小。三、流网法三、流网法（四）流网的应用（四）流网
22、的应用o2、渗流量、渗流量单宽渗流量单宽渗流量q为所有流带流量的总和。为所有流带流量的总和。网格网格i所在流所在流带中的渗流量为：带中的渗流量为：如果绘制的网格是扭曲正方形，则：如果绘制的网格是扭曲正方形，则：如整个流网分成如整个流网分成m个流带，则单宽总渗透流量为：个流带，则单宽总渗透流量为：三、流网法三、流网法（四）流网的应用（四）流网的应用o3、渗透动水压力、渗透动水压力因为任意两相邻等势线的水头差为因为任意两相邻等势线的水头差为 H/n，所以，所以任一网格任一网格i范围内的土体所承受的渗透动水压力范围内的土体所承受的渗透动水压力为：为：式中式中Ai网格网格i的面积；的面积；水的重度。水
23、的重度。三、流网法三、流网法各种形式的流网各种形式的流网四、土石坝的渗透变形形式及判别四、土石坝的渗透变形形式及判别（一）渗透变形形式（一）渗透变形形式o（1）管涌）管涌在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为管涌，粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为管涌，常发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸出处。常发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸出处。没有凝聚力的无粘性砂土、砾石砂土中容易出现管没有凝聚力的无粘性砂土、砾石砂土中容易出现管涌；粘性土的颗粒之间存在有凝聚力（或称粘结力）涌；粘性土的颗粒之间存在有凝聚力（或称粘结力），
24、渗流难以把其中的颗粒带走，一般不易发生管涌。，渗流难以把其中的颗粒带走，一般不易发生管涌。四、土石坝的渗透变形形式及判别四、土石坝的渗透变形形式及判别（一）渗透变形形式（一）渗透变形形式o管涌管涌四、土石坝的渗透变形形式及判别四、土石坝的渗透变形形式及判别（一）渗透变形形式（一）渗透变形形式o（2）流土）流土在渗流作用下，成块土体被掀起浮动的在渗流作用下，成块土体被掀起浮动的现象称为流土。它主要发生在粘性土及均匀非粘性现象称为流土。它主要发生在粘性土及均匀非粘性土体的渗流出口处。发生流土时的水力坡降称为流土体的渗流出口处。发生流土时的水力坡降称为流土的破坏坡降。土的破坏坡降。o（3）接触冲刷）
25、接触冲刷当渗流沿两种不同土壤的接触面流当渗流沿两种不同土壤的接触面流动时，把其中细颗粒带走的现象，称为接触冲刷。动时，把其中细颗粒带走的现象，称为接触冲刷。接触冲刷可能使临近接触面的不同土层混合起来。接触冲刷可能使临近接触面的不同土层混合起来。四、土石坝的渗透变形形式及判别四、土石坝的渗透变形形式及判别（一）渗透变形形式（一）渗透变形形式o（4）接触流土和接触管涌）接触流土和接触管涌渗流方向垂直于两种不渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面时，例如在粘土心墙（或斜墙）与同土壤的接触面时，例如在粘土心墙（或斜墙）与坝壳砂砾料之间，坝体或坝基与排水设施之间，以坝壳砂砾料之间，坝体或坝基与排水设施之间，
26、以及坝基内不同土层之间的渗流，可能把其中一层的及坝基内不同土层之间的渗流，可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去，称为接触管涌。细颗粒带到另一层的粗颗粒中去，称为接触管涌。当其中一层为粘性土，由于含水量增大凝聚力降低当其中一层为粘性土，由于含水量增大凝聚力降低而成块移动，甚至形成剥蚀时，称为接触流土。而成块移动，甚至形成剥蚀时，称为接触流土。四、土石坝的渗透变形形式及判别四、土石坝的渗透变形形式及判别（一）渗透变形形式（一）渗透变形形式o接触流土和接触冲刷接触流土和接触冲刷四、土石坝的渗透变形形式及判别四、土石坝的渗透变形形式及判别（二）管涌和流土的判别（二）管涌和流土的判别o（1）南京
27、水科院研究认为，土壤中细粒（粒径）南京水科院研究认为，土壤中细粒（粒径d2mm)含量是影响土体渗透性能和渗透变形形含量是影响土体渗透性能和渗透变形形式的主要因素，式的主要因素，当当时为管涌，时为管涌，Pg粒径粒径d2mm的细粒含量，的细粒含量，%；n土体孔隙率；土体孔隙率；修正系数，修正系数，=0.951.00o（2）伊斯妥明娜法，根据土体的不均匀系数）伊斯妥明娜法，根据土体的不均匀系数判定。判定。20时为管涌时为管涌五、土石坝的渗透变形形式及判别五、土石坝的渗透变形形式及判别（一）管涌的临界坡降与允许坡降（一）管涌的临界坡降与允许坡降o对中小型工程及初步设计时，当渗流方向为由下向对中小型工程
28、及初步设计时，当渗流方向为由下向上时，可用南京水利科学研究院的经验公式推算：上时，可用南京水利科学研究院的经验公式推算：d3相应粒径级配曲线上含量相应粒径级配曲线上含量3%的粒径，的粒径，mm；K土壤渗透系数，土壤渗透系数，cm/s；n土壤孔隙率。土壤孔隙率。容许渗透坡降容许渗透坡降J，根据建筑物级别和土壤的类型选，根据建筑物级别和土壤的类型选用，一般取安全系数用，一般取安全系数K=1.52。J值还可参照不值还可参照不均匀系数值均匀系数值选用。选用。五、土石坝的渗透变形形式及判别五、土石坝的渗透变形形式及判别（二）流土的临界坡降与允许坡降（二）流土的临界坡降与允许坡降o当渗流自下向上作用时，常
29、采用根据极限平衡得到当渗流自下向上作用时，常采用根据极限平衡得到的太沙基公式计算，的太沙基公式计算， 即：即：式中式中G土粒比重；土粒比重；n土的孔隙率。土的孔隙率。JB一般在一般在0.81.2之间变化。之间变化。容许渗透坡降容许渗透坡降JB也要采用一定的安全系数，对用粘也要采用一定的安全系数，对用粘性土，可用性土，可用1.5；对于非粘性土，可用；对于非粘性土，可用2.02.5。六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施若抗渗稳定计算结果为若抗渗稳定计算结果为JJ，则坝体可能会产生，则坝体可能会产生渗透变形，要采取适当的工程措施。土石坝防止渗渗透变形，要采取适当的工程措施。土石坝防止
30、渗透变形的措施主要从两方面考虑：透变形的措施主要从两方面考虑：o一、是尽量降低渗流的水力坡降一、是尽量降低渗流的水力坡降J，减小渗透流速，减小渗透流速和渗流力；（上堵）和渗流力；（上堵）o二、是增大渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。二、是增大渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。（下排）（下排）六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施防渗措施设计防渗措施设计上堵下排上堵下排六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施常用的工程措施有：常用的工程措施有：o1、设置水平或垂直防渗体，以延长渗径，减小渗、设置水平或垂直防渗体，以延长渗径，减小渗透坡降和阻截渗流；透坡降和阻截渗流；o2
31、、设置减压设备和盖重；、设置减压设备和盖重；o3、设置反滤层。、设置反滤层。设置反滤层是提高抗渗破坏能力、防止各类渗透变形设置反滤层是提高抗渗破坏能力、防止各类渗透变形特别是防止管涌的有效措施。在任何渗流流入排水特别是防止管涌的有效措施。在任何渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层。设施处一般都要设置反滤层。六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施3、设置反滤层。、设置反滤层。o（1）反滤层的作用：反滤层作用是）反滤层的作用：反滤层作用是“滤土排水滤土排水”，对其要求是：，对其要求是：1）渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；）渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；2）每层的
32、砂石颗粒不发生移动；）每层的砂石颗粒不发生移动；3）较细层的颗粒不穿过较粗层的孔隙；）较细层的颗粒不穿过较粗层的孔隙；4）被保护的土体颗粒，除极细小的颗粒外不随渗流）被保护的土体颗粒，除极细小的颗粒外不随渗流带入反滤层，极细小的颗粒如随渗流带走但不得淤带入反滤层，极细小的颗粒如随渗流带走但不得淤塞反滤层。塞反滤层。六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施（2）反滤层的结构）反滤层的结构反滤层一般是由层不同粒径的非粘性土、砂和反滤层一般是由层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层的粒径则按渗流方向逐层增
33、加。各层的粒径则按渗流方向逐层增加。六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施3、设置反滤层。、设置反滤层。o（3）反滤层的材料）反滤层的材料反滤层的材料首先应该是耐久的、能抗风化的砂石料。反滤层的材料首先应该是耐久的、能抗风化的砂石料。为保证滤土排水的正常工作，材料的布置和要求应为保证滤土排水的正常工作，材料的布置和要求应满足如下原则：满足如下原则：1）被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层。但对细小的）被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层。但对细小的颗粒（如粒径小于颗粒（如粒径小于0.1mm的砂土），则可允许被带的砂土），则可允许被带走。因为它的被带走不会使土的骨架破坏，不至于走。因为它的被带
34、走不会使土的骨架破坏，不至于产生渗透变形。产生渗透变形。2）各层的颗粒不得发生移动。）各层的颗粒不得发生移动。六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施（3）反滤层的材料）反滤层的材料3）相临两层间，较小的一层颗粒不得穿过较粗一层）相临两层间，较小的一层颗粒不得穿过较粗一层的孔隙。的孔隙。4）反滤层不能被堵塞，而且应具有足够的透水性，）反滤层不能被堵塞，而且应具有足够的透水性，以保证排水畅通。以保证排水畅通。5）应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时）应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而遭受破坏。间的推移和环境的改变而遭受破坏。（4）反滤层级配的设计）
35、反滤层级配的设计根据上述要求，根据上述要求，碾压式土石坝设计规范碾压式土石坝设计规范中提出如中提出如下的设计方法：下的设计方法：六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施（4）反滤层级配的设计）反滤层级配的设计o当采用天然砂石料作为反滤料时，第一层反滤料与被保护当采用天然砂石料作为反滤料时，第一层反滤料与被保护土的粒径之间就满足如下关系：土的粒径之间就满足如下关系：式中式中D15反滤层的粒径，小于该粒径的土重占总重的反滤层的粒径，小于该粒径的土重占总重的15%；d85被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的85%；d15被保护土的粒径，小于该粒
36、径的土重占总重的被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的15%。六、防止渗透变形的工程措施六、防止渗透变形的工程措施3、设置反滤层、设置反滤层o（5）土工织物简介）土工织物简介土工织物已在国内外的水利工程、铁路路基和海港等土工织物已在国内外的水利工程、铁路路基和海港等工程中广泛应用。土工织物造价低、施工方便，使工程中广泛应用。土工织物造价低、施工方便，使用寿命用寿命50100年。年。土工织物由聚合物形成的纤维制成，按其制成方法分：土工织物由聚合物形成的纤维制成，按其制成方法分：有纺型有纺型由相互正交的纤维组成；由相互正交的纤维组成；编织型编织型用一根根单一的纤维按一定的方式编成；用一根根单一的
37、纤维按一定的方式编成；无纺型无纺型其纤维呈无规则编列的状态。其纤维呈无规则编列的状态。土工织物土工织物土工织物土工织物土工织物土工织物小结小结小结：本节主要讲述了渗流分析的目的和方法，渗小结：本节主要讲述了渗流分析的目的和方法，渗流分析的水力学法，渗流分析的手绘流网法，土石流分析的水力学法，渗流分析的手绘流网法，土石坝的渗透变形及其防止措施。坝的渗透变形及其防止措施。复习题：复习题：o渗流分析的任务是什么？有哪些方法？渗流分析的任务是什么？有哪些方法？o什么叫流网？它由哪些构成？绘制流网的基本原则什么叫流网？它由哪些构成？绘制流网的基本原则是什么？是什么？o土石坝渗流变形有哪几类？什么叫流土？什么叫管土石坝渗流变形有哪几类？什么叫流土？什么叫管涌？什么叫接触冲刷？什么叫接触流土？涌？什么叫接触冲刷？什么叫接触流土？o防止渗流变形的措施有哪些？防止渗流变形的措施有哪些？
