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1、第三节第三节 土石坝的渗流计算土石坝的渗流计算在初步拟定土石坝的断面尺寸和主要构造形式及在初步拟定土石坝的断面尺寸和主要构造形式及尺寸尺寸( (如防渗、排水如防渗、排水) )以后，为了进一步校核其合以后，为了进一步校核其合理性，还必须进行渗流计算及稳定分析。理性，还必须进行渗流计算及稳定分析。土石坝渗流计算的目的和内容土石坝渗流计算的目的和内容确定坝体浸润线及下游逸出点的位置，为确定坝体浸润线及下游逸出点的位置，为坝体稳定计算提供依据坝体稳定计算提供依据计算坝体和坝基的渗流量，估算水库的渗计算坝体和坝基的渗流量，估算水库的渗漏损失；漏损失；求坝体和坝基局部的渗透坡降，验算该处求坝体和坝基局部的
2、渗透坡降，验算该处是否会发生渗透破坏。是否会发生渗透破坏。土石坝第三节渗流分析水力学法求解土石坝的渗流问题的基本假定水力学法求解土石坝的渗流问题的基本假定一、渗流分析方法一、渗流分析方法流网法流网法试验法试验法有限单元法有限单元法解析法解析法流体力学法流体力学法水力学法水力学法F坝体土是均质的，坝内各点在各方向上坝体土是均质的，坝内各点在各方向上的渗透系数相同；的渗透系数相同；F渗透水流为二元稳定流，属于层流运动，渗透水流为二元稳定流，属于层流运动，符合达西定律；符合达西定律； F渗透水流是渐变流，过水断面上各点的渗透水流是渐变流，过水断面上各点的坡降和流速是常数。坡降和流速是常数。土石坝第三
3、节渗流分析二、渗流计算类型二、渗流计算类型1.1. 不透水地基上土石坝的渗流计算不透水地基上土石坝的渗流计算u均质坝的渗流计算均质坝的渗流计算下游无排水设施下游无排水设施下游为褥垫式排水下游为褥垫式排水下游为堆石棱体排水下游为堆石棱体排水u心墙坝的渗流计算心墙坝的渗流计算u斜墙坝的渗流计算斜墙坝的渗流计算2.2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算有限深透水地基土石坝的渗流计算u均质坝均质坝u有截水槽的心墙坝渗流计算有截水槽的心墙坝渗流计算u有截水槽的斜墙坝渗流计算有截水槽的斜墙坝渗流计算u有水平铺盖的斜墙坝渗流计算有水平铺盖的斜墙坝渗流计算3.3. 总渗流量的计算总渗流量的计算 nextnext
4、土石坝第三节渗流分析1 1、不透水地基上土石坝的渗流计算、不透水地基上土石坝的渗流计算u均质坝的渗流计算均质坝的渗流计算|下游无排水设施下游无排水设施L LLLdxdxdydyo oM MN NB BB B”E EA Ax xyH H1 1H H2 2a a0 01:m1:m1 11:m1:m22土石坝第三节渗流分析坝身段：坝身段：分别对分别对x x和和y y积分，即从积分，即从EOEO断面到任意断面有：断面到任意断面有：浸润线方程浸润线方程代入边界条件可得坝身渗流量：代入边界条件可得坝身渗流量：土石坝第三节渗流分析a0H2xy1:m2dy下游楔形体渗流量计算下游楔形体渗流量计算a0H2xy1
5、:m2dy1:0.5下游水位以下下游水位以下q q2 2下游水位以上下游水位以上q q1 1联立坝身段和下游段求解联立坝身段和下游段求解q q及及a a0 0，浸润线由浸润线方程确定浸润线由浸润线方程确定并做修正。并做修正。土石坝第三节渗流分析|下游为褥垫排水下游为褥垫排水浸润线方程浸润线方程o oM MN NB BC CE EA AyL LH H1 1h h0 01:m1:m1 11:m1:m2 2h h0 0/2/2xD D土石坝第三节渗流分析|下游为棱体排水下游为棱体排水o oM MB BC CE EA AyL LH H1 1h h0 01:m1:m1 11:m1:m2 2h h0 0/
6、2/2xD D返回返回土石坝第三节渗流分析u心墙坝的渗流计算心墙坝的渗流计算1 1、不透水地基上土石坝的渗流计算、不透水地基上土石坝的渗流计算通过心墙的渗流量为：通过心墙的渗流量为：通过下游坝壳的渗流量为：通过下游坝壳的渗流量为：M MB BA AL LH H1 1h he e1:m1:m1 11:m1:m2 2xk kk ke ey联立心墙段和下游段求解联立心墙段和下游段求解q q及及h he e浸润线方程：浸润线方程：土石坝第三节渗流分析u斜墙坝的渗流计算斜墙坝的渗流计算1 1、不透水地基上土石坝的渗流计算、不透水地基上土石坝的渗流计算yM MB BA AL LH H1 1h he e1:
7、m1:m1 11:m1:m2 2xk kk ke ed dd dz z返回返回通过斜墙的渗流量为：通过斜墙的渗流量为：通过下游坝壳的渗流量为：通过下游坝壳的渗流量为：联立心墙段和下游段求解联立心墙段和下游段求解q q及及h he e浸润线方程：浸润线方程：土石坝第三节渗流分析2. 2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算有限深透水地基土石坝的渗流计算u均质坝均质坝坝体与坝基分开考虑，即先假设地基为不透水的，坝体与坝基分开考虑，即先假设地基为不透水的，计算坝体的渗流量计算坝体的渗流量; ;然后再假定坝体为不透水，计算坝基渗流量。坝体然后再假定坝体为不透水，计算坝基渗流量。坝体和坝基的流量。和坝基的流
8、量。土石坝第三节渗流分析2. 2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算有限深透水地基土石坝的渗流计算u有截水槽的心墙坝渗流计算有截水槽的心墙坝渗流计算通过心墙和截水墙渗流量：通过心墙和截水墙渗流量：通过下游坝壳和透水地基的渗流量：通过下游坝壳和透水地基的渗流量：联立求解联立求解q q及及h he e土石坝第三节渗流分析| 2. 2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算有限深透水地基土石坝的渗流计算u有截水槽的斜墙坝渗流计算有截水槽的斜墙坝渗流计算通过斜墙和截水墙渗流量：通过斜墙和截水墙渗流量：通过下游坝壳和透水地基的渗流量：通过下游坝壳和透水地基的渗流量：联立求解联立求解q q及及h he e土石坝第
9、三节渗流分析以坝体浸润线起始为界分为上、下游两段分析。以坝体浸润线起始为界分为上、下游两段分析。u有水平铺盖的斜墙坝渗流计算有水平铺盖的斜墙坝渗流计算2. 2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算有限深透水地基土石坝的渗流计算k ke eB BA AL LH H1 1h he e1:m1:m1 11:m1:m2 2k kLnLnT T联立求解联立求解q q及及h he e返回返回土石坝第三节渗流分析3. 3. 总渗流量的计算总渗流量的计算根据坝址地形和透水层厚度情况以及坝体结构，根据坝址地形和透水层厚度情况以及坝体结构，沿坝轴线方向将坝体分成若干坝段，计算通过坝沿坝轴线方向将坝体分成若干坝段，计算
10、通过坝体和坝基的总渗流量。体和坝基的总渗流量。l ln nl l1 1l l2 2l l3 3q q1 1q q2 2q q3 3土石坝第三节渗流分析三、土石坝的渗透变形及其防止措施三、土石坝的渗透变形及其防止措施土料在渗透水流的作用下，由于机械或化学作用，使土体产土料在渗透水流的作用下，由于机械或化学作用，使土体产生渗透变形，产生渗透破坏。生渗透变形，产生渗透破坏。最常见的渗透变形有三种，分别是管涌和流土和接触冲刷。最常见的渗透变形有三种，分别是管涌和流土和接触冲刷。1.1.管涌管涌坝体或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象。坝体或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象。管涌多发生在非粘性土中。管涌多
11、发生在非粘性土中。管涌的发生和土体的临界坡降有关。管涌的发生和土体的临界坡降有关。临界坡降临界坡降土料的容许渗透坡降为土料的容许渗透坡降为土石坝第三节渗流分析在渗流的作用下，土从坝体或坝基表面被掀起浮动的现象在渗流的作用下，土从坝体或坝基表面被掀起浮动的现象流土多发生在粘性土和较均匀的非粘性土体渗流出口处。流土多发生在粘性土和较均匀的非粘性土体渗流出口处。发生流土的临界坡降发生流土的临界坡降容许渗透坡降容许渗透坡降2.2.流土流土3.3.接触冲刷接触冲刷当渗流沿两种不同的土层接触面流动时，沿层当渗流沿两种不同的土层接触面流动时，沿层面夹带细小颗粒流失的现象，一般发生在两层面夹带细小颗粒流失的现象，一般发生在两层级配不同的土料中。级配不同的土料中。土石坝第三节渗流分析防止渗透变形的工程措施集中体现为降低渗透坡防止渗透变形的工程措施集中体现为降低渗透坡降及增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。降及增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。设置水平或垂直的防渗体，降低渗透坡降。设置水平或垂直的防渗体，降低渗透坡降。设置排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗压。设置排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗压。设反滤层或加盖重设反滤层或加盖重4.4.渗透变形的防止措施渗透变形的防止措施本节完本节完土石坝第三节渗流分析
