用手算方法计算均质土坝渗流稳定

1、某水库均质土坝渗流稳定计算1渗流允许坡降（J允）对粉质黏土，可按下式计算：J 允（G 1）（1 一 n） c/ w-K式中G 土粒比重，取2.73;n 土的孔隙率；n =e/（i e） =0.849 /（ 1+0.849） = 0.4592;c土的黏聚力，取7.0 kPa;w 水的重度，取10 kN/m3 ；K 安全系数，取2.0。经计算得j二0.818。2.渗流计算方法根据地质勘察报告，坝基部位土层的渗透系数均小于1.64 X0-6cm/s,属于弱微透水层，可以认为本工程坝基为不透水地基。本设计按均质坝、不透水地基、下游无排水设备进行计算，稳定 渗流期计算简图如图1:B.01肘|;Hi：!T

2、j7千32-11 t |I-:Ki *：H» 5L图1某水库稳定渗流期计算简图（无排水设备）i（1）稳定渗流期计算公式如下:Hf-(Hao)2q = k2(g+s)q = ka)sin0(1+1 n H2 +')<a。s= L -口2(玄 +H2)】miA =2mi +1式中q单位渗流量，m3/sm;k 渗透系数，取坝体平均渗透系数6.43海0-5cm/s（0.0556mF/d）;Hi上游水深，m;巴一下游水深，取7.45m；m上游坡比，取2.0；%下游坡比，取2.0；ao下游水位以上出逸点高度，m;:下游坝坡坡角，sin1。Jl+m2浸润线方程为：2 2 2q y =

3、 H1xk渗流计算可采用迭代方法求解，即先假设一个ao值，然后判断式（1）与式（2）计算结果是否相等。此方法在手算时比较烦琐，为此，将上述公式进行变换。先将式（3）、式（4）代入式（1），并令式（1）=式（2），经化简后成为一单变量ao的非线性方程，即:f (ao)=2 2已 -(0.90 冼)46.4-2.4已 -4氏(5)3满足f （a。）= 0的a。值即为所求。方程（5）可用有关科学计算软件（如Mathcad等）进行求解，且计算精度较高非稳定渗流期计算简图如图2：图2某水库非稳定渗流期计算简图（无排水设备）非稳定渗流期浸润线方程为：y2 =h2 -2qxk式中q通过计算断面的渗流量，m3

4、/s m;k渗透系数，取坝体平均渗透系数6.43 X0-5cm/s（0.0556m3/d）;h在计算点上游处坐标原点断面上浸润线的高度，m。水库水位降落的某一时刻t，坝体内两部分（ca和ad ）浸润线方 程分别为：y = a bx22y = ab'x式中a,b,a',b'为常数（可由边界条件计算），x,y坐标见图2水库水位降落经历t时刻时，浸润线上a点处水深可按以下算式联立计算:5(6)H业1且expl勢已飞応丿Hf_2ktH2_、 l円S L)2丿H =-J.比式中h 浸润线上a点处的水深，m；出一水库水位降落后的坝前水深，m；Ho水库水位降落高度，m；Hi坝上游水深

5、，m;H2坝下游水深，m;Hn坝上、下游水位差，m;L 浸润线上c点到坐标原点的水平距离，m；S 浸润线上c点到d点的水平距离，m；一土的排水率（或吸水率），=O.1177k =0.0774令式（6）=式（7）,可得:-2ktH c / 卩ln H1-Hc . HHH。 H2 H2H1exp - 2ktH 2 2 气卩(S-L)2丿J(8)将已知值代入式（8）,取t=1d，解该非线性方程得L = 7.696 m ,并由式（7）或式（8）解得H =3.73 m，然后即可求得ca段和ad段的浸润线方程。而由不稳定渗流恢复到降后水位（8.61m）的稳定渗流, 所需时间t二32.3 d （此时L =

6、0 , H二H c ）。3.渗流计算结果分上游正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位及上游水位降落（下7游水位均为7.45m)四种工况进行计算。渗流计算结果见表1 (括号中数字为上游坡的相应渗流坡降)表1渗流稳定分析成果汇总表上游下游出逸点单宽平均出逸点允许工况水位水位高度h°流量q坡降坡降坡降(m(m(m(m3 / d m)JJ1J允水位10.35 7.451.254(0.217)(0.434)0.818降落期8.610.2190.499正常 蓄水位8.617.450.9420.00430.0540.0770.818设计 洪水位9.867.451.1040.01390.1190.1910.818校核 洪水位10.357.451.2280.01890.1470.2120.818各工况浸润线方程如下：正常蓄水位：y2 = 4.24360.1547；设计洪水位：y2 =10.95610.500(X ；2校核洪水位：y =14.4400 0.6799k ；上游水位降落：ca段: y = 3.73 0.028X2