一级建造师水利水电实务精讲第11讲-水利水电工程设计

PAGE1F411028渗流分析一、土石坝的渗流分析（13年考点）内容：①确定浸润线的位置；②确定渗流的主要参数——渗流流速与坡降；③确定渗流量。方法：水力学法和流网法。水力学方法可以用来近似确定浸润线的位置，计算渗流量、平均流速和坡降。假设各方向的渗透系数相同；渗流是层流，符合达西定律，任一铅直线上的流速和水头是常数。流网法是一种图解法，渗流场内由流线和等势线构成的网格称为流网。二、闸基的渗流分析闸基渗流计算的目的是计算水闸闸基地下轮廓线各点的渗透压力、渗透坡降、渗透流速及渗流量。进行渗流分析的常用的方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法。三、渗透系数渗透系数的大小主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数及水温，一般采用经验法、室内测定法、野外测定法确定。渗透系数k的计算公式如下：（1F411025）式中Q——实测的流量（m3／s）；A——通过渗流的土样横断面面积（㎡）；L——通过渗流的土样高度（m）；H——实测的水头损失（m）。【例题】混凝土坝坝底承受的渗透压力大小与（）成正比。（2023年真题）A．上游水深B．下游水深C．上、下游水头差D．坝高【答案】C【例题】以渗透系数自大到小排列顺序正确的是（C）。（2023年真题）A．黏土>砂壤土>粉砂>细砂B．黏土>砂壤土>细砂>粉砂C．细砂>粉砂>砂壤土>黏土D．粉砂>细砂>砂壤土>黏土四、渗透变形渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四种基本形式。最主要的是管涌和流土。（一）管涌在渗流作用下，非黏性土土体内的细小颗粒沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出，致使土层中形成孔道而产生集中涌水的现象称为管涌。管涌首先从渗流逸出处开始，然后向上游逐步发展。当土体中个体细小粒在渗流作用下开始在孔隙内移动时的水力坡降称为临界坡降。更粗大的土粒开始流动，产生渗流通道，土体表面发生大面积破坏时的水力坡降，称为破坏坡降。管涌一般发生在无黏性砂土、砂砾土的下游坡面和地基渗流的逸出处。对于黏土土料，由于颗粒之间存在黏聚力，渗流不容易把土壤颗粒带走，因此较少发生管涌。（二）流土（13、14年考点）非黏性土黏性土（五）防止渗透变形的工程措施一类是改善岩土体的结构特性，提高其抵抗渗透变形的能力，使其由可能产生渗透变形的岩（土）体，变成为不易产生渗透破坏的岩（土）体；另一类是采取措施截断岩（土）体中的渗透水流或减小岩（土）体中渗透水流渗透比降，使其小于允许比降。第一类措施通常只用在岩体中。采用水泥灌浆、化学灌浆、混凝土防渗墙、局部置换等方法提高软弱破碎物质的抗渗性。第二类处理措施中，最可靠的方法是在渗透土层中兴建防渗墙，截断土层中的渗透水流，降低渗透坡降，同时增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力，从而消除产生渗透变形的前提条件。具体工程措施为：1.设置水平与垂直防渗体，增加渗径的长度，降低渗透坡降或截阻渗流。2.设置排水沟或减压井，以降低下游渗流口处的渗透压力，并且有计划地排除渗水。3.对有可能发生管涌的地段，应铺设反滤层，拦截可能被渗流带走的细小颗粒。4.对有可能产生流土的地段，则应增加渗流出口处的盖重。盖重与保护层之间也应铺设反滤层。（六）反滤层和过渡层反滤层的作用是滤土排水，防止在水工建筑物渗流出口处发生渗透变形。反滤层可以起过渡层的作用，而过渡层却不一定能满足反滤要求。坝的反滤层必须符合下列要求：①使被保护的土不发生渗透变形；②渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；③不致被细粒土淤塞失效。【例题】防止土石坝产生渗透变形的工程措施有（）等。（2023年真题）A.设置水平与垂直防渗体B.设置上游堆石戗堤C.设置排水沟或减压井D.在有可能发生管涌的地段铺设反滤层E.在有可能产生流土的地段增加渗流出口处的盖重【答案】ACDE1F411029水流形态及消能方式一、水流形态（记住图形）水流形态主要包括：恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、层流与紊流、急流与缓流。（一）恒定流与非恒定流1.恒定流。流场中任何空间上所有的运动要素（如时均流速、时均压力、密度等）都不随时间而改变的水流称为恒定流。例如某一水库工程有一泄水隧洞，当水库水位、隧洞闸门保持不变时，隧洞中的水流即为恒定流。在恒定流的任一空间点上，无论哪个液体质点通过，其运动要素都是不变的，运动要素仅仅是空间坐标的连续函数，而与时间无关。2.非恒定流。流场中任何空间上有任何一个运动要素随时间而改变的水流称为非恒定流，如图（b）所示。例如上述水库工程泄水隧洞泄水时，如果水库水位逐渐降低，那么流量、流速会随之变小，此时隧洞中的水流即为非恒定流。2.非均匀流。当水流的流线不是相互平行的直线时的水流称为非均匀流。流线虽然平行但不是直线（如管径不变的弯管中的水流），或者流线虽为直线但不相互平行（如管径沿程缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流）都属于非均匀流。按照流线不平行和弯曲的程度，可将非均匀流分为渐变流和急变流两种类型。（三）层流与紊流同一液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体可有层流和紊流两种不同的流态。明渠均匀流中，压能、动能不变，而位能逐渐减小，是由于克服阻力，产生沿程水头损失。水库（水闸等）泄水，水流从泄水口喷射而出.位能转化为动能。三、消能方式（记住图形及适用情况）为了减小对下游河道的冲刷，采取的消能方式有：底流消能、挑流消能