土石坝渗流计算

水工建筑物

第四章

4.4土石坝的渗流分析

4.4.1概述分析目的：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。一、渗流分析内容：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力。确定坝肩的等势线、渗流量或渗透比降。二、渗流分析方法（1）解析法：包括流体力学法和水力学法；（2）手绘流网法：一种图解方法，绘制方便；（3）实验法：采用电模拟实验解决三维问题；（4）数值法：采用有限元分析。三、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。4.4.2渗流分析的水力学法

一、基本假定：坝体土是均质的，坝内各点在各个方向的渗透系数相同；渗流属稳定流，看作平面问题；渗流是层流，符合达西定律：v=KJ渗流是渐变流，过水断面上各点的坡降和流速是相等的。二、渗流基本公式假定：任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。

平均流速：单宽流量：自上游向下游积分：自上游向区域中某点积分：vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv三、不透水地基上的渗流计算1、均质坝的渗流计算20世纪20年代前苏联学者提出，以浸润线两端为分界线，将均质土坝分为3段：上游楔形体、中间段和下游楔形体，分别列出计算公式，再根据水流连续原理求解，称为“三段法”。(1鲁)下游凶无排庆水用一虑个等擦效矩屠形体类代替置上游弹楔形粪体，究把此灶矩形耳体与辩原三转段法想的中摧间段用和而戴为一眨，成衬为第忘一段越，下告游楔顺形体影为第块二段鸦。虚民拟上纷游面番为铅腹直的邻，距艇原坝凤坡与即设计怕水位僵交点A的水忙平距哀离为ΔL楚:上式腾根据妻流体屡力学脏和电耽拟试敏验得骨到，杠式中m1为上甜游坝谊坡坡告度；H1为上柏游水婚深。1)上游聋坝段拾计算通过诸上游们段的摧渗流估量:2)下游哨坝段补计算下游阿水位鞋以上剩单宽乱渗流票量:下游陈水位焦以下禁单宽权渗流嫌量:通过森下游浓坝体总单慢宽流崖量:根据供水流煤连续羡条件:q＝正q1＝q2联立湾以上询两式导，可蚁求得a0和q。浸润已线方偏程可百以用式(4惹—8）求得为，求摄出后清还应宣对浸塑润线海进口碰进行视修正誓：自A点引惠与坝我坡AM正交栏的平本滑曲承线，喉曲线爱下端底与计团算所榴得的舒浸润乳线相社切于A‘边。当下织游无水时，村各式跌中的H2=0京。坝体陕为贴叼坡排萌水对险坝身荐浸润称线位唱置没便有影般响，毯计算难方法义与下涛游无筐排水烈相同帽。(2各)下游悦有褥荷垫排顺水根据沸流体丑力学隙计算栽表面颤，浸己润线伴可由困一通弓过E点并些以排贤水起族点为讯焦点剩的抛广物线侵来表贤示。纯可得抛物灵线的川公式电为：(3睡)下游门棱体雄排水当下是游无专水时组和褥衔垫式俩相同洋，下木游有储水时沃，可卡将下添游水把面以另上部蜻分按拌照无硬水情当况处恩理。衰即:2.心墙骑坝的般渗流爽计算心墙毁土料席的渗鸣透系臂数很剖小，握比坝剖壳小10E4倍以袖上，笑可不票考虑删上游怠楔形恩体降遍落水炊头的浆作用丑。下扫游坝仰壳的垄浸润波线也秋较平若缓，男水头娃损失以主要啊在心基墙部旱位。鱼下游酱有排悬水时拢，可皮假定姜浸润勿线的覆出逸女点为要下游盒水位搁与堆含石内羽坡的耗交点A。将心盯墙简骡化为级等厚δ的矩风形.联立怕求解h、际q3.斜墙牵坝的鱼渗流炉计算将斜凡墙简技化为惨等厚虏的矩榜形，速则可胁求通市过斜秤墙的臭单宽冰流量q1和斜感墙坝袜壳的产单宽帅流量q2，联立友求得h和q。四、参有限拖深透觉水地低基上赶的渗也流计货算1、均悲质坝均质待坝透伍水地受基深闹度为T，渗透锹系数距为KT，坝体猎渗透敬系数诉为k，可将史坝体种和坝恼基分音开计烘算。录坝体早部分汁按不脾透水陶地基输计算袍；再茄假定鄙坝体钓不透否水，邻计算辩坝基朝的渗较流量己；两昂者相纵加。下游鸽无水关时，甚通过修坝体少和坝刑基的谎单宽贩流量逢：下游示有水拖时，鞠通过昆坝体震和坝深基的族单宽免流量损：2、心音墙坝联立朋求得q和h。浸润仓线方清程：近似鲜认为看上游树坝壳年中无园水头棍损失联，渗愤流计屈算分哲防渗后体段轰和墙心后段音两部舞分。（1）有内截水窝墙的猜情况计算气方法颗与心墙手坝类蒜似：（2）有山铺盖份情况近似林认为扮铺盖络与斜府墙是厕不透玩水的秩。五、届总渗辛流量评计算将土彻石坝联沿坝轴社线分英为若喝干段路，然后蹦分别住计算旗选取断面裕的单邻宽渗婆流量贺，再计厘算总队渗流鞭量。4.维4.泊3渗透搭变形握及防缩慧止措蝴施一、兽渗透斑变形影分类背与特裹点定义洋：土石均坝及惭地基惧中的朴渗流木，由凡于物赢理和适化学咱作用汽，土掘体颗眨粒流姿失，纸导致水土壤茄发生盲局部久破坏品，称非为渗扇透变迷形。渗透内变形盘及其菌发展柜过程拳与土你料性财质、图颗粒栽级配英及水擦流条痰件、废防渗炉、排益水措绞施等倒因素侦有关桌。常见蚊渗透挡变形果的型宣式：管涌侍、流修土、逃接触浓冲刷允、剥心离、逆化学冻管涌弊等。(1鸡)管涌骑：在一慢定渗铃流作骄用下狮，土柿体中馋的细开颗粒胃沿骨寨架颗抛粒所丛形成胖的孔遍隙管胀道移至动或伯被渗仍流带谅走，腔发生吧于无扰粘性粥土中械（沙斤砾料狸）。(2亡)流土却：指在捞渗流顾作用密下，猛粘性例土及艘均匀减无粘松性土辆体被罩浮动稻的现本象。鼓流土佣常见庭于下始游逸情出处宰。(3纳)接触彩冲刷逮：渗流望沿着吵两种锄不同摔介质轿的接附触面盗流动柿时，溜把其让中颗奶粒层粒的细合粒带申走。(4牵)接触沸流土厉：渗流王垂直方于两废种不旗同介爪质的州接触粒面流火动时境，把赌其中陆一层滤的细涂粒，另移入伪到另劈燕一层扁中去齐。例烫如反劈燕滤层例的淤疲塞。(5隆)化学炎管涌朱：指土质体中恒的盐针类被浅渗流产水溶爸解带摔走的首现象抓。二、留非粘叠性土痛管涌捧与流四土判甲别产生尾管涌流或流资土的归细颗仁粒临蹦界含筋量与畜孔隙亩关系胡：（1）当遣土体咏细颗弄粒含览量大锦于Pg时，丧可能偿产生不流土毯。（2）当企土体资细颗雾粒含洗量小伶于或转等于Pg时，夺可能悉产生胶管涌番。三、顽滲透激变形厕的临舒界坡精降与侍允许染坡降1.产生涂管涌李的临观界坡安降Jc与允坦许坡柳降临界游坡降吐计算找公式袜：允许正渗透攻坡降计算倚公式牛：2.产生放流土米的临帖界坡屑降JB和允津许坡愁降太沙阿基公贵式:四、询防止遮渗透扇变形挑的工姻程措盲施措黑施常用制的工腔程措母施:全面说截阻肥渗流援，延立长渗摇径；械设置哗排水财设施岛；设野置反狮滤层暮；设荣排渗呀减压惕井。砂石轮反滤堆层的删结构稼、设光计原南则、卡材料园。土石迹坝在自重狠、水陪荷载船、渗瞒透压洁力和狡地震扫荷载作用寸下，鲁若剖蛛面尺谈寸不酿当或羞坝体占、坝骂基土取料的锣抗剪行强度叫不足驳，坝扔体或女坝体集连同蓄部分杀地基去发生滑动，造芒成失个稳。外坝基宏内有殊软弱资夹层彩时，霜也可乱能发鱼生塑性屠流动。饱芹和细携沙受选地震府作用砌还可戴能发书生液化失稳滤。分析射目的革：分析就坝体迷及坝灭基在水各种损不同宅条件竿下可块能产尺生的芽失稳盐形式良，校耀验其史稳定瓶性，此确定牌坝体赏经济区剖面卵。失稳让特点趴：坝体库由散艰粒材火料组俩成，库不会显出现手整体串滑动失或倾症覆失所稳，哀只可打能发书生局伐部失俱稳破薄坏。4.溉5土石泻坝的撑稳定跳分析4.礼5现.1概述稳定蒙破坏底形式滑动仙：坝或板坝基册材料甜的抗咽剪强只度不佛够，仅沿某逐一滑鼠动面酿向下依坍滑签。液化照：饱和污的松砌砂受屈振动挣或剪员切而邻发生臭体积贱收缩驰，孔佣隙水抬不能斩立即习排出障，有乓效应行力转爬化为悲孔隙捐应力右，砂烛土抗拉剪强婆度降咐低，独砂料荡随水态的流愁动而公流散尘。影响羊因素酬：有忘效粒柏径小逆，孔牌隙比灭大，由砂料耍均匀廉，受劣力体触大，葵受力忆猛，注透水提性小堡，易艺液化袜。美音国福仗特派但克坝38初0万立胶方米吉的砂榨体在10分钟岛内流戴失；盈铁路纲桥因乞火车扑振动和而液准化。塑性昼流动铜：坝体暮或坝班基剪惧应力忘超过限了土残料抗蛮剪强乡丰度，效变形无超过沟弹性饿极限挡值，理坝坡竿或坝距脚地锁基土鼻被压恩出或炼隆起驼，坝柱体产旺生裂洞缝或总沉陷弓。软怠粘土梨坝体含容易铲发生啦。1、曲诵面滑窄动面—滑动败面顶土部陡狱而底胞部渐亿缓，生曲面写近似避圆弧依，多闹发生候于粘估性土脚中。2、折削线滑艳动面—多发挠生于筐非粘替性土锐坡，哥如薄允心墙厨坝、铲斜墙苏坝；熟折点柳一般掘在水手面附形近。3、复析式滑者动面—厚心屋墙或奴粘土恼及非滤粘土奇构成垃的多但种土烦质坝弱形成品复式舌滑动纺面。亚当坝掏基内赤有软混弱夹佩层时撕，滑粪动面拌不再么向下嫩深切炮，而前沿夹怎层形黄成曲心、直荡组合佩的复背式滑壶动。4.岸5.剥2土壤抗剪强度指标的选取4.齐5.铸3稳定傍计算湾情况努和安堡全系越数的轿采用一、命稳定异计算炭情况1.正常笔运用浸情况:分三朋种工育况；2.非常摊运用茅情况Ⅰ：分查三种摸工况兰；3.非常绍运用繁情况Ⅱ：正抚常情叉况遇宿到地违震。二、临安全百系数城的采内用计入膨条块斑间作菊用力时，孩不小炊于表4—脂9规定独；不计伏入条屯块作足用力时，双另考狭虑。4.霜5.穷4坝坡抵稳定馅分析竿方法一、驴圆弧帜滑动姥面稳咬定计群算1.瑞典透圆弧总法基本吹原理:将滑怜动土奴体分芽为若尝干铅壤直土枪条,不考屡虑条劫块间剪的作孔用力,求得烛各土明条对避滑动爸圆心技的抗雅滑力拍矩和南滑动阿力矩,并求递其总属和。可根倡据下拆式求类稳定哑安全判系数圾：计算验步骤搅：（1）确芬定圆拐心、倒半径飞，绘直制圆替弧。（2）将焰土体慌编号哭（3）计鼠算土辫条重站量（4）计衰算安盲全系碑数：2.简化煤的毕遗肖普肾法该法洞计及征条块蜘间作能用力攀，故臂计算朽较为午复杂垫。二、钥非圆宁弧滑定动稳族定计熔算1.非粘精性土靠坝坡芹部分颜浸水钞的稳柱定计丢算用铅碎直线DE将滑膨动土步体分军为两矮块,则土惭块BC河DE沿CD滑动胸面的康力平旱衡式伶为:土块AD海E沿AD滑动晋面的赌力平悟衡式永为:=02.斜墙招坝坝园坡的吸稳定澡计算计算长滑动丧面ab眯cd,将土偷体分艳成三登块。三、毒复合猛滑动倘面厚心矛墙滑超动面喊，通练过砂押性土搂部分央为直奇线，摔通过竹粘性匆土部芒分为茶圆弧艳。可将洗滑动啊土体甚分为3个区稻，BC面上泛的抗在滑力S=Gt谋anφ+C雁L四、耍最危锻险滑很裂面驶确定4.插6土料气选择匀与填催土标片准确汤定筑坝悉材料总选择扒应遵嫂循的垃原则丢：（1）具驶有或伙经加堡工后伪具有怨与使托用目扎的相购适应喂的工各程性策质，承并具障有长自期稳枪定性停；（2）就溪地、陡就近澡取材旋，减袄少弃首料（秆环境景污染稠），虎少占分或不霸占农毯田，灵并优线先考津虑枢急纽建陡筑物写开挖挪料的跌利用森；（3）便别于开甜采、恩运输督和压观实近20年来锈土石谣坝建申设的抄突出象进步若之一挤就是熊筑坝趁材料徐应用务范围历越来吵越广德。风驶化料摘、软仁岩、智砾石鞠土等价也可撒用于奋筑坝外。对悦不符翅合要测求的刘材料省进行致处理若后也争可采定用。4.迟6.销1坝体凶不同狱部位扒对土陆石料茅的要石求1、防葛渗土巩料渗透酒系数膝：均质穗坝≤1e-堂4c匙m/罚s，心墙主和斜卖墙≤萄1e-置5c厕m/跑s。水溶碌盐含毕量（指定易溶恳盐和喂中溶预盐，象按质哄量计捕）≤3阻%有机活质含夏量：均质呼坝≤5棕%，心斥墙和膝斜墙≤2龟%，超责出需队论证合；有较舱好的侧塑性渠和渗屑透稳序定性前；浸水疤与失径水时绸体积段变化猾小。我国臭主要桑采用张粘土缎、壤互土等舍细粒踢土。尚缺点悦：天嘴然含振水量疫高，步雨天翠难施绒工，颈造价吗高，态压缩捏性大祸，降捏低心雹墙抗劲水力绩劈裂册能力唯。以下坟粘土菜不宜团作为替防渗圾体填突筑料倘，必秤须采查用时简应采悲取适昼当措铸施：塑性拥指数呢＞20和液台限＞40股%的冲积粱粘土；膨胀盯土;吸水掉膨胀戚，失学水收缠缩。开挖滨、压智实困挺难的干硬眠粘土；冻土；分散鹅性粘熟土。土雨粒间尊斥力份大于郊引力牺，遇鹿低盐蜂水会就脱落爸随渗超水流齿走。拣经处根理后除开用瞧于填脱筑3级低圣坝。2、坝父壳土纪石料要求醉：具疼有比杠较高兵的强予度。枕水下带部分座要求票具有问良好催的排钉水能驳力。昆一般恒可根窜据材谊料性紧质用腊于坝命壳的爹不同我部位.。3、反才滤料断、过题渡料艇、排镇水料要求寇：质地贩致密亮，抗较水性丹和抗馆风化粒性能店满足坏工程辈运用共条件档；具有拐要求悼的级胆配；具有浮要求掘的透耐水性物；反滤旁料和润排水佛体料俊中粒讲径＜0.止07市5mm的颗默粒含股量≤5残%。4.述6.殿2土料填筑条标准侍的确芝定填筑收标准乳是指纷土料职的压哪实程台度。期根据就施工声条件饥、材北料情众况，味通过蜘试验迅，合帐理确筑定填更筑标困准，掩达到误安全脆经济伪目的妹。综派合考芝虑以递下因魄素：坝的谜级别库、高傲度、朴坝型屯和坝完的不有同部夏位；土石谱料的且压实逆特性泛和采沈用的赖压实佳机具格；坝料易的填贱筑干粘密度掀和含蛋水率勾与力裳学性肿质的慈关系丘，以找及设唉计对妙土石进料力穴学性栏质的疲要求档；土料洗的天惩然干誓密度砖、天堡然含睁水率昼，以秋及土埋料进矛行干案燥或悔湿润符处理培的程厉度；当地充气候佣条件售对施电工的躁影响妥；设计膛地震铜烈度售及其势它动践荷载钥作用忘；坝基资土的择强度锄和压屑缩性弄；不同镰填筑竖标准松对造丝式价和笔施工展难易伟度的冬影响患。1.粘性络土的古压实洒标准粘性煮土的嚷填筑酸标准维应以进压实膝度和贩最优书含水流率作鬼为设都计控滚制指本标。压实是度＝易设计齿干重殖度/最大验干重删度或：最优虾含水能量：在一嚷定压戴实功苗能下找达到侄最佳采压实奶效果鹊的含险水量肿。2.非粘蜓性土声料的稠压实针标准非粘伶性土叫与压贱实程燃度与假含水伏量关鼓系不出大，睛主要烟与粒猾径级羊配和垄压实炭作用拘力性递质与殿压实阁功能迹有关近。砂砾蛾石和铸砂的痛填筑铁标准听应以唯相对铸密度饿为设旁计控刻制指腰标:式中Dr轰－相对联紧密肺度e－设计袋孔隙发比ema剂x－最大颂孔隙录比emi新n－最小什孔隙蜓比。堆石广的填门筑标凝准宜气用孔钱隙率床为设俱计控诸制指晚标。土石民坝底朵面积嘉大，限坝基液应力慕较小饺，坝辽身具锹有一暑定适搬应变茄形的篇能力托，坝求身断泥面分乓区和贞材料喷的选棉择也懒具有陆灵活习性，振所以段，对剪天然换坝基夹的要正求低扶于混指凝土耗坝。对坝暂基处把理的兔要求笑也不毅能放途松。纸据统贯计，灾土石竖坝失敲事约词有40谎%是由渡于坝设基问汗题引符起的倡。坝基亚处理仁的范遍围包瓶括河含床和镜两岸妈岸坡要。4.随7土坝逗的地须基处股理土石帐坝地中基处敏理的膛任务狭是：1.控制珠渗流写，减获少渗贼流坡爽降，叶避免范管涌妙等有理害的蒸渗流邻变形梨，控输制渗恼流量路；2.保持孟坝体艇和坝永基的抗静力响和动边力稳繁定，顾不产仿生过淋大的竹有害零变形吉，不挽发生责明显装的均优匀沉法降，猫竣工傻后，随坝基核和坝链体的伍总沉轨降量星一般柳不宜辜大于引坝高篮的1%；3.在保晨证坝减安全丹运行召的条视件下兽节省南投资鹅。4.贵7.傅1砂卵径石地钉基处狗理1.垂直肾防渗婶设施（1）粘仅土截食水墙适用判于透纸水层践深度萍较小滔的情轻况。(2箩)混凝蒙土防低渗墙适用屯于透会水层随深度透大于50m的地折基。（3）帷袋幕灌形浆采用零高压视定向仇喷射功灌浆糊技术甩，通粘过喷腾嘴的较高压酿气流才切割鸽地层注成缝角槽，登在缝题槽中仇灌压雨水泥波砂浆斑，凝携结后他形成邮防渗管板墙的。可处地理较淋深的并砂砾另石地肺