土石坝力学法渗流计算(无敌版)

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,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

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（不透水地基上的均质坝）,,,,,,,,,,,

1.计算依据：,,,,,,,,,,,

教材河海版水工建筑物p122-131水力学吴持恭主编下册p233水平不透水层上均质土坝的渗流计算,,,,,,,,,,,

2.计算目的：,,,,,,,,,,,

确定经过坝体的渗流量和坝内浸润线位置,,,,,,,,,,,

3.计算原理：,,,,,,,,,,,

如右图所示为筑于水平不透水地基上的均质土坝，上游,,,,,,,,,,,

液体将通过边界AB渗入坝体，在坝内形成自由表面（浸润面）,,,,,,,,,,,

"AC,C点称为逸出点，ABDC区域为渗流区。",,,,,,,,,,,

因一般坝轴线较长，故通常把土坝渗流作为平面问题看,,,,,,,,,,,

待，采用“分段法”进行计算，此程序采用“两段法”,,,,,,,,,,,

两段法是在三段法的基础上进行了简化，把上游楔形体,,,,,,,,,,,

ABE用一个矩形体AEB'A'去取代，取代以后的渗流效果一样。,,,,,,,,,,,

这样把第一段和第二段合并为一段，即上游渗流段A'B'GC。,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

4.已知参数:,,,,,,,,,,,

4.1均质土坝坝高H(m),,,,,,,,,,,

,41,,,,,,,,,,

4.2上游坝面边坡系数m1,,,下游坝面边坡系数m2,,,,,,,,

,14:24.0,,,2.7,注：上下游如为变坡时，则分别取各自的平均值。,,,,,,

表1.土坝坝坡边坡系数参考值,,,,,,,,,,,

,坝高（m）,,,上游坝坡,,,下游坝坡,,,,

,<10,,,1:2～1:2.5,,,1:1.5～1:2.0,,,,

,10～20,,,1:2.25～1:2.75,,,1:2.0～1:2.5,,,,

,20～30,,,1:2.5～1:3.0,,,1:2.25～1:2.75,,,,

,>30,,,1:3.0～1:3.5,,,1:2.5～1:3.0,,,,

4.3坝顶宽度B(m),,,,,,,,,,,

,6,,,,,,,,,,

表2.坝顶最小宽度值,,,,,,,,,,,

,,,坝高H（m）,,,坝顶最小宽度Bmin(m),,,,,

,,,<30,,,>=3.0,,,,,

,,,30～100,,,4.1,,,,,

,,,>100,,,6,,,,,

4.4上游水位H1(m),,,,,,,,,,,

,24.7,,,,,,,,,,

4.5下游水位H2(m),,,,,,,,,,,

,0,,,,,,,,,,

4.6渗透系数k(cm/s),,,,,,,,,,,

,0.0000111,,,,,,,,,,

表3.土的渗透系数参考值,,,,,,,,,,,

,,土名,,渗透系数k,,,,,,,

,,,,m/d,,,cm/s,,,,

,,粘土,,<0.005,,,<0.000006,,,,

,,亚粘土,,0.005～0.1,,,0.000006～0.0001,,,,

,,轻亚粘土,,0.1～0.5,,,0.0001～0.0006,,,,

,,黄土,,0.25～0.5,,,0.0003～0.0006,,,,

,,粉砂,,0.5～1.0,,,0.0006～0.001,,,,

,,细砂,,1.0～5.0,,,0.001～0.006,,,,

,,中砂,,5.0～20.0,,,0.006～0.02,,,,

,,均质中砂,,35～50,,,0.04～0.06,,,,

,,粗砂,,20～50,,,0.02～0.06,,,,

,,均质粗砂,,60～75,,,0.07～0.08,,,,

注：本表资料引自中国建筑工业出版社1975年出版的《工程地质手册》。,,,,,,,,,,,

5.计算过程：,,,,,,,,,,,

5.1坝体的分段,,,,,,,,,,,

"采用两段法是采用三段法的简化，把上游锲形体ABE用一个矩形体AEB'A'去取代,",,,,,,,,,,,

(1)等效的矩形体的宽度△L为:,,,,,,,,,,,

,10.45582822,m,,,,H1…………上游水位（m）,,,,,

m1…………上游坝面边坡系数,,,,,,,,,,,

…………（5-1）,,,,,,,,,,,

(2)第二、三两段的底宽和（线段DE长度）L为：,,,,,,,,,,,

,161.688,m,,,,m2…………下游坝面边坡系数,,,,,

H…………土坝坝高(m),,,,,,,,,,,

（5-2）,,,,,,,,,,,

5.2上游段的计算,,,,,,,,,,,

"渗流从过水断面A'B'至CG的水头差ΔH=H1-hK,两过水断面之间平均渗透路程Δs=L+ΔL-m2hk,m2为坝下游面的边坡系数，",,,,,,,,,,,

故上游段的平均水力坡度,,,,,,,,,,,

hk…………逸出点高度,,,,,,,,,,,

,,,,,,△L…………等效的矩形体宽度,,,,,

L…………第二、三两段的底宽和,,,,,,,,,,,

…………（5-3）,,,,,,,,,,,

根据杜比公式，上游段的平均渗流流速,,,,,,,,,,,

J…………上游段的平均水力坡度,,,,,,,,,,,

k…………坝体材料的渗透系数,,,,,,,,,,,

…………（5-4）,,,,,,,,,,,

上游段单宽坝长的平均过水断面积，,,,,,,,,,,,

上游段所通过的单宽渗流量为,,,,,,,,,,,

v…………上游段的平均渗流流速,,,,,,,,,,,

A…………上游段单宽坝长平均过水断面积,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

（5-5）,,,,,,,,,,,

很显然要用上式计算渗流量还不可能，因其中逸出水hk是位知数，所以还必须要对下游段建立计算公式，以便和上式进,,,,,,,,,,,

行联解。,,,,,,,,,,,

5.3下游段的计算,,,,,,,,,,,

"设坝下游有水，其水深为H2，逸出点在下游水位以上的高度为a0,因在下游水位以下的渗流为有压流，在水面以上部分为",,,,,,,,,,,

无压流，需分开计算。同时根据实际流线的情况，把下游段内的流线都看做是水平线。,,,,,,,,,,,

如右图所示，下游三角形CGD段，可以下游水面为界，分为水上部分CG'D',,,,,,,,,,,

"和水下部分G'GDD',应用达西定律可得其单宽渗流量为",,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

式中a0=hk-H2,,,,,,,,,,,

（5-6）,,,,,,,,,,,

a0…………逸出点在下游水位以上的高度,,,,,,,,,,,

5.4联解渗流方程,,,,,,,,,,,

根据水流连续条件q=q1=q2，联解上面的两个方程可得a0为,,,,,,,,,,,

,,,,,,4.9789,m,,,,

,,,,,,,,,,,,

（5-7）,,,,,,,,,,,

再由公式hk=a0+H2可求得hk为,,,,,,4.9789,m,,,,

将上式求得的a0代入公式（5-5）或（5-6），可求得单宽渗流量q为,,,,,,,,,,,

由（5-5）式算得,,,,,,2.0469,x10-5m3/s·m,,,,

由（5-6）式校核的结果为,,,,,,2.0469,x10-5m3/s·m,,,,

5.5浸润线方程的计算,,,,,,,,,,,

如下图所示，因我们用等效的矩形体取代上游三角楔形体，A'B'即为上游的入渗起始断面，今取以点G为坐标原点的,,,,,,,,,,,

一组直角坐标系来研究浸润曲线的计算，x轴以向左为正。,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

在任意水平坐标为x的过水断面上，设其水深为y，根据杜比公式，,,,,,,,,,,,

该断面的平均渗流流速为,,,,,,,,,,,

…………（5-8）,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

单宽渗流量为,,,,,,,,,,,

或,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

将上式积分得,,,,,,,,,,,

…………（5-9）,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

利用已知边界条件可确定积分常数C，当x=L+△L-m2hk时，y=H1，代入上式得,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

…………（5-10）,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

将C值代入式（5-9）得,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

或,,,,,,,,,,,

…………（5-11）,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

将(5-5)式代入上式后可得出浸润曲线的方程式为,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,

（5-12）,,,,,,,,,,,

假定一系列的x值，由上式可算得相应的y值，从而描绘出坝内浸润曲线。由上式可见，,,,,,,,,,,,

当x=0时，y=hk，当x=(L+△L-m2hk)时，y=H1。,,,,,,,,,,,

表4.x系列值和其对应的y系列值,,,,,,,,,,,

,x,0.00,3.43,6.86,10.30,13.73,17.16,20.59,24.02,27.45,30.89

,y,18.0