土石坝堤防本科毕业设计计算书-过程详细专业全面完全定稿版

1、1工程基本参数12堤顶高程计算12.1 设计波浪爬高计算12.1.1 物理量和参数的选取12.1.2 风浪要素计算32.1.3 波浪爬高计算32.2风壅水面高度计算42.3 安全加高值确定42.4 堤顶超高计算43 护脚护坡计算63.1 坡脚冲刷深度计63.2 护面板厚度计算73.3 护脚抗冲粒径计算84渗流计算94.1 水防1断面计算94.1.1正常工况稳定渗流计算94.1.2 正常工况骤降期渗流计算144.2水防2断面计算174.2.1 正常工况稳定渗流计算174.2.2 正常工况骤降期渗流计算215 土坡稳定计算245.1水防1断面稳定计算245.1.1 正常情况稳定渗流期稳定计算245

2、.1.2 正常工况骤降期稳定计算275.1.3 非常工况施工期稳定计算295.2水防2断面稳定计算335.2.1 正常情况稳定渗流期稳定计算335.2.2 水防2断面正常工况骤降期稳定计算355.2.3 水防2断面施工期稳定计算381工程基本参数如表1-1所示：表1-1 工程基本参数表防洪标准20年一遇堤顶宽度3m最大风速16m/s（东北/西南风）前坡坡度1.6最大风区长度450.6m后坡坡度1.5最小风向角24°防浪墙高1.2m砂卵砾石层平均粒径40mm堤线全长2850m设计洪水流量3030m3s砂卵砾石填料孔隙率0.196Q41a砂卵砾石填料渗透系数1.8×10-3 c

3、m/s（大值平均值）Q41a砂卵砾石堤基渗透系数1.8×10-3 cm/s（大值平均值）Q41al粉细砂层渗透系数6.2×10-4 cm/s（大值平均值）砂卵砾石的允许渗透比降0.120.18设计洪水位下降速度1m/d土料黏聚力0.0砂砾石填料重度22.05kN/m3砂砾石填料内摩擦角37.2（水下32.2）度细沙堤基重度13.818 kN/m3细沙堤基内摩擦角21.0（水下16）度砂砾石堤基重度21.854 kN/m3砂砾石堤基内摩擦角34.0（水下29）砂砾石料非饱和不固结不排水剪内摩擦角35度正常工况堤坡稳定允许安全系数1.15（四级工程）非常工况堤坡稳定允许安全系数

4、1.05（四级工程）2堤顶高程计算堤顶高程应按照设计洪水位加堤顶超高确定，设计洪水位在基础资料里面已经给了，堤顶超高按下式计算。式中，Y 堤顶超高（m）； R 设计波浪爬高（m）； e 设计风壅增水高度（m）； A 安全加高（m）。堤顶高程的计算，主要根据堤防工程设计规范GB50286-98进行。2.1 设计波浪爬高计算2.1.1 物理量和参数的选取最后计算公式如下：所用参数如下：Rp 累计频率为P的波浪爬高（m），对于不允许越浪的堤防，P取2%；K 斜坡的糙率及渗透性系数，根据护面类型按下表2-1确定，护面类型为混凝土护面，故取值为0.9；表 2-1 斜坡的糙率及渗透系数K护面类型K光滑不透

5、水护面（沥青混凝土）1.0混凝土及混凝土板护面0.9草皮护面0.850.90砌石护面0.750.80抛填两层块石（不透水基础）0.600.65抛填两层块石（透水基础）0.500.55四脚空心方块（安放一层）0.55四脚锥体（安放二层）0.40扭工字块体（安放两层）0.38Kv 经验系数，可根据风速V(m/s)、堤前水深d（m）、重力加速度g(m/m2)组成的无维量Vgd，可按下表2-2内插得到。河段盛行东北风和西南风，年平均风速2.4m/s，最大风速16m/s，计算风速V=16*1.5=24m/s，最小平均水深d=5.6m，则Vgd，=3.24，查表2-2得Kv=1.2344；表 2-2 经验

6、系数KvVgd11.522.533.54K11.021.081.161.221.251.281.30Kp-爬高累计频率换算系数，对不允许越浪的堤防，爬高累计频率取为2%，H/d<1，查表2-3得，Kp=2.07；表 2-3 爬高累计频率换算系数KpH/dP(%)0.11234510132050<1RpR2.662.232.071.971.901.841.641.541.390.960.10.32.442.081.941.861.801.751.571.481.360.97>0.32.131.861.761.701.651.611.481.401.310.99注：R 平均爬高。

7、m 斜坡坡率，m=cot=1.6，为斜坡坡角；H 堤前波浪的平均波高（m）；L 堤前波浪的波长（m）；F 风区长度，采用由计算点逆风向量到对岸的距离，通过CAD软件在图中量取最大值为450.6m；d 堤前水深，根据设计洪水流量除以过水断面面积，得平均水深5.6m；ß 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，取最小值24度；K 当来波波向线与堤轴线成ß角时，波浪爬高应乘以系数K，当堤坡坡率m1时，可按表2-4确定，内插得K=0.944；表 2-4 系数K（度）152030405060K10.960.920.870.820.76V 计算风速，最大风速16m/s，计算风速V=16*1.5

8、=24m/s；T 平均波周期。2.1.2 风浪要素计算平均波高H按下式计算：g取9.81m/s2,代入其它各个物理量的值，得 H=0.2587m。平均波浪周期T按下式计算：代入H（0.2587m）及其它参数值，得 T=2.257s。波长L，按平均周期计算，根据下式计算：代入T（2.257）及其它参数值，使用excel表格试算 解得 L=8m。2.1.3 波浪爬高计算斜坡的糙率及渗透性系数K取0.9，经验系数Kv取1.2344，爬高累计频率换算系数Kp取2.07，坡率m取1.6，平均波高H=0.2587m，波长L=8m，系数K=0.944，带入下式 得 m。2.2风壅水面高度计算风壅水面高度在有

9、限风区的情况下，可按下式计算：式中 e 计算点的风壅水面高度（m）；呢 K 综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；V 设计风速，按计算波浪的风速确定，取24ms；F 由计算点逆风向量到对岸的距离（m），和计算波浪爬高的值一样，取450.6m；d 水域的平均水深，为5.6m； 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，和计算波浪爬高的值一样，取最小值24度。所以，=0.007769m。2.3 安全加高值确定堤防的安全加高值应应根据堤防工程的级别和防浪要求，按表2-5确定：表 2-5 堤防工程的安全加高值堤防工程的级别12345安全加高值（m）不允许越浪的堤防工程1.00.80.70.60.5允

10、许越浪的堤防工程0.50.40.40.30.3由于工程属于四等工程，堤防为四级建筑物，对于不允许越浪的堤防，由表2-5知，安全加高值取0.6m。2.4 堤顶超高计算根据前面所计算，设计波浪爬高Rp=1.655m，风壅水面高度e=0.007769m，安全加高值A=0.6m，所以 得2.263m，土堤应预留沉降量，沉降量可根据地质、堤身土质及填筑密实度等因素分析确定，宜取堤高的3%8%。土堤施工时要求压实度不能太低，沉降比取5%。将设计洪水位加上以上所算超高，减去堤底高程，再扣除1.2m高的防浪墙，得到沉降前堤高，用此堤高取5%沉降值，用Y加上此沉降值，得到四个断面的超高，最后取堤顶超高值为2.5

11、m，分别得到堤顶高程，如表2-6所示。在单独计算水防2断面时，运用堤防超高计算程序验算了一下，计算成果如下：计算时间：2013年五月05日(星期日)19:53计算采用堤防工程设计规范（GB5028698）附录C中的计算方法。堤防超高：YR+e+A 其中：R设计波浪爬高 e设计风壅增水高度 A安全加高风浪要素按下式计算： g*H/(V*V)=0.13*th0.7*g*d/(V*V)*0.7*th0.0018*g*F/(V*V)*0.45 /0.13*th(0.7*(g*d/(V*V)*0.7) g*T/V=13.9*g*H/(V*V)*0.5 L=g*T*T/2*3.14*th(2*3.14*d

12、/L)设计波浪爬高：当m=1.55.0时，R=Kd*Kv*Kp*Sqrt(H*L)/Sqrt(1+m*m) 当m<=1.25时，R=Kd*Kv*Kp*R0*H 当1.25<m<1.5时，R可由m=1.25和m=1.5的计算值按内插法确定。设计风壅增水高度e=KV*VF/2*g*d*cosBt堤防类型为：不允许超浪堤防护面型式为：混凝土及混凝土护面；斜坡糙率及渗透性系数KD=0.900堤防边坡型式为：单一边坡；边坡m=1.60堤防等级为：4级，安全加高值A=0.60计算风速采用值V=24.00米秒；风区长度F=450.60米；风向角Bt=24.00度；水域平均水深d=4.81米

13、。计算结果为： 平均波高H=0.26米 平均波长L=7.91米 平均波周期T=2.25米 设计风壅增水高度e=0.01米 设计波浪爬高R=1.76米 考虑风向影响的波浪爬高R=1.66米 设计堤顶超高Y=2.27米该成果与表2-6中计算结果接近，满足要求。因此水防1、2、3、4四个断面，设计洪水位分别为1076.18m、1075.49m、1074.72m、1074.01m，超高值均取2.5m，防浪墙高1.2m，堤顶高程分别为1077.48m、1076.79、1076.02、1075.31m。表 2-6 堤顶高程计算表断面名称堤线长度桩 号（km+m）设计洪水位堤底高程沉降前堤高5%超高堤顶高程

14、（扣除防浪墙.），超高取.m水防11064.88621+64.88621076.182.2631073.83.4430.172152.435151077.48水防21551.58791+551.58791075.492.2631071.64.9530.247652.510651076.79水防32094.17382+94.17381074.722.2631071.34.4830.224152.487151076.02水防42593.0142+593.0141074.012.2631070.14.9730.248652.511651075.31256.2545总计2849.26852+849.2

15、685注：以上单位均为m。3 护脚护坡计算坡脚容易受水流冲刷掏蚀，因此基础埋深或者护脚埋深要深于坡脚冲刷深度，计算按照堤防工程设计规范GB50286-98附录D进行。3.1 坡脚冲刷深度计本工程未设丁坝顺坝，不必计算丁坝、顺坝冲刷，所在河流较为平顺，因此也不比计算水流斜冲堤防的冲刷。下面按下式计算坡脚冲刷深度：式中 hB 局部冲刷深度(m)，从河底算起； hp 冲刷处的水深（m），以近似设计水位最大深度代替； Vcp 平均流速（ms）； V允 河床面上允许 不冲流速，河床面为砂质粉土，下层为细沙，而砂卵砾石层的平均粒径40毫米，水深大于，查水力学手册，不冲刷允许流速取2.2 ms； n 与防护

16、岸坡在平面上的形状有关，一般取n=0.25。对于水防1断面，经过量取，得设计过水断面面积为720.8787m2，而流量为m3s，故流速为4.203204ms；冲刷处水深hp为6.24m，则 m，所以取护脚基础埋深为2m。对于水防2断面，经过量取，得设计过水断面面积为966.2821m2，而流量为m3s，故流速为3.1357ms；冲刷处水深hp为7.32，则 m，所以取护脚基础埋深为1.5m。3.2 护面板厚度计算在波浪作用下，混凝土板作为土堤护面时，满足混凝土板整体稳定所需的护面厚度t（m）可按下式计算：式中 t 混凝土护面板厚度(m)； 系数，对开缝板可取0.075； H 计算波高（m），取

17、H1%； rb 混凝土板的重度（kNm3），取24 kNm3； r 水的重度（kNm3），取9.81 kNm3； L 波长（m）,根据计算波浪爬高时结果，取8m； B 沿斜坡方向（垂直于水边线）的护面板长度（m），取5.04m； m 斜坡斜率，为1.6。根据波浪爬高计算结果，平均波高H=0.2587m，水深d=5.6m，H/d=0.046，P取1%，根据下表3-1内插得，H1%=2.3464*0.2587=0.60701368m。表 3-1 不同累计频率波高换算HdP%0.112345101320500HpH2.972.422.232.112.021.951.711.611.430.940.1

18、2.702.262.092.001.921.861.651.561.410.960.22.462.091.961.881.811.761.591.511.370.980.32.231.931.821.761.701.681.521.451.341.000.42.011.781.691.641.601.561.441.391.301.010.51.801.631.561.521.491.461.371.331.251.01 m，最终混凝土护面板厚度取为20cm。3.3 护脚抗冲粒径计算在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）可按下式计算：，式中 d 折算粒径（m），按球

19、形折算； S 石块体积（m3）； V 水流流速（ms），为ms；C 石块运动的稳定系数，倾斜底坡取1.2； g 重力加速度（9.81ms2）； 石块的重率，可取（）；水的重率，（）。 m，所以护脚块石保持稳定的抗冲粒径取为38cm。4 渗流计算对于土堤，实际上是以堤前护面板来防渗的，本次计算将其作为储备考虑，计算时不考虑护面板的作用。计算两个工况：临水侧为设计洪水位，背水侧无水，处于稳定渗流；洪水降落时对临水侧土坡稳定最不利的情况。计算主要依据GB50286-98附录E进行。计算包括软件计算和非软件计算，软件计算采用北京理正研究院的理正岩土系列软件。4.1 水防1断面计算4.1.1正常工况稳定

20、渗流计算4.1.1.1 非软件计算先计算渗流量。修建在透水堤基上的均质土堤，渗流量计算方法是将堤身和堤基的渗流量分开计算，总的单位宽度渗流量q为两者之和：。式中 不透水堤基上求得的相同排水型式的均质土堤单位宽度渗流量。先求不透水堤基均质土堤渗流量，下游无排水设备，计算公式如下式中各指标如图4-1所示：图 4-1 正常温度渗流计算简图坡率m1=1.6，m2=1.5，上游水深H1=3.7256m，下游水深H2=0m，h0为逸出高度，Q41al砂卵砾石层渗透系数大值平均值kd=1.8×10-3 cm/s，这里，堤体填料和堤基渗透系数k和k0均取1.8×10-3 cm/s，L=m1

21、（2m1+1）H1=1.41927619m，L=13.4243m，1L14.84357619m。将以上各值代入上述方程组，运用excel表格联解得到，单宽渗流量=8.7*e-6（）。透水堤基有效深度Te取0.8（L+m1H1）=19.385m，透水堤基深度T为13.5248m，TTe，所以计算深度取T=13.5248m，qD=8.7e-6（），其他参量取值如上说述，则渗流量为堤线长约2850m，所以每s渗流量为，所以渗流量很小，影响不大。下面计算浸润线。透水地基上的均质土堤，由于地基透水的影响，堤身浸润线降低。计算时，近似考虑地基透水的影响。首先计算特征水深h0.下游无排水设备，且kk0，按照

22、下式计算：代入式中各已知量的值，运用excel表格迭代计算得到，特征水深h0=0.821m。然后按下式计算浸润线：式中 将q，和其它已知量代入上述浸润线计算公式，得到浸润线方程为x=0.188746513y2+5.10551769y-4.318852912浸润线坐标见表4-1，曲线见图4-2。表 4-1 水防1断面稳定渗流期浸润线坐标X00.0054156340.0108316450.0162480340.0216648010.0270819440.0324994660.0379173650.9754123140.9754123141.525601428Y0.8210.8220.8230.82

23、40.8250.8260.8270.8280.911.1X2.0795652.6373043.1988183.7641074.333171014.9060097295.4826233826.063011976.6471754917.2351139477.826827338Y1.21.31.41.51.61.71.81.922.12.2X8.4223156629.0215789219.62461711410.2314302410.842018311.456381312.0745192312.6964320913.3221198913.9515826214.58482029Y2.32.42.52.

24、62.72.82.933.13.23.3X15.2218328915.8626204316.5071828917.155520317.2205616617.253096517.2856407717.3181944817.32177597Y3.43.53.63.73.713.7153.723.7253.72555图4-2 水防1断面稳定渗流浸润线下面验算渗透稳定。渗流出口比降是校核背水坡渗流稳定的重要依据，坡面由于受渗透力作用产生的局部破坏，极易危及下游坡的整体安全。下游渗流出口比降，精确解计算极为复杂，下面提供的公式是以某些简单条件下的精确解和试验资料为依据，对所研究的问题作近似假定求得的实用

25、解答。部分公式在靠近水边线或坡脚计算的比降J=，这说明这些公式在水边线或坡脚附近有局限性，也说明在这些部位的坡面最容易发生渗透破坏，设计中应加强注意。砂卵砾石层分布于级阶地、漫滩及河床，属强透水性，细粒含量Pc=3.564.13%25%，判别其渗透变形类型为管涌。砂卵砾石的允许渗透比降.。下游无水（H2=0），渗透比降计算公式为：沿出渗段：沿地基段：对于出渗段，令，y=153.5m，远大于堤背坡长度，所以，出渗段将会发生渗透破坏，本来应该采取设置反滤层、压重等措施，但是由于出渗段有一层粉砂和一层细沙覆盖着，再加上后期的城市建设回填，渗透稳定不会有问题。对于地基段，y=0，J趋于无穷大，所以非常

26、危险，本来应该采取设置反滤层、压重等措施，但是由于上面有一层粉砂和一层细沙覆盖着，再加上后期的城市建设回填，渗透稳定不会有问题。4.1.1.2软件计算采用北京理正研究院的理正岩土系列软件计算，方法为有限元方法。将问题类型、坡面信息、土层信息、面边界数据以及所用物理力学参数输入软件，建立模型，计算简图如图4-3所示。其中堤体填筑料和堤基的渗透系数Kx和Ky均为1.5552 m/d，细砂层的渗透系数Kx和Ky均为0.53568 m/d。图 4-3 水防1断面稳定渗流软件计算简图最终算得，渗流量 = -2.02130 m3/天，浸润线如表4-2和图4-4所示， 图 4-4 水防1断面稳定渗流软件计算

27、浸润线表 4-2水防1断面稳定渗流软件计算浸润线坐标第1段X（m）4.4524.9875.4205.9396.2336.5717.1717.7318.1908.636Y（m）2.7832.5232.3972.2982.2492.1912.1002.0211.9611.901X（m）10.87611.29011.98612.47913.15613.77814.26314.69015.15415.267Y（m）1.6081.5531.4521.3751.2631.1501.0520.9570.8350.796第2段X（m）23.77322.72922.20621.16220.11719.07318

28、.02817.50616.98416.462Y（m）-0.000-0.000-0.000-0.000-0.000-0.000-0.000-0.000-0.000-0.0004.1.1.3 手算电算对比手算方法为公式法，按照GB50286-98-堤防工程设计规范附录E执行，算得的流量q=3.256m3/（d.m）；而软件计算方法为有限元分析方法，算得的流量q=2.021m3/（d.m）。理正软件有限元分析的渗流流量偏小，这是由于软件计算时误将堤基深度任意设置，且设置成更浅的堤基，浸润线偏高，这是由于软件计算中水位基线设置的较手算的高0.943m。图 4-5 手算与电算浸润线对比图4.1.2 正常

29、工况骤降期渗流计算4.1.2.1 非软件计算水位骤降期是否要进行渗流计算，应根据如下指标进行判断：k/V其中 k堤身土料的渗透系数（m/d），为1.5552m/d； V水位降落的速度（m/d），这里去为1m/d； 土体的给水度。n为土体的孔隙率，根据土体的物理性质参数，计算得n=0.196，为百分数，得=3.76E-02；所以，k/V=41.36，属于0.1到60之间，为进行上游坡的稳定分析，应按照缓降过程计算浸润线下降的位置。首先计算降落t时刻的特征水深h0(t)，近似算式为：式中 H 降距（m），如图4-6所示，为2.8443m； T 水位从初始位置降落到堤脚或降落到最大降距所需的时间，为

30、2.8443/1=2.8443 d=245747.52s； t 要求计算上游浸润线的时间，tT(s)。图 4-6 水防1断面骤降渗流计算简图将各相关量值代入上述公式，得到，h0（t）=-9.09908E-06t+2.8443 m，只要代入具体时间，即可求得h0。将时间T均分为四段，分别假设t=61436.88s、122873.76s、184310.64s、245747.52 s，进行计算。t1=61436.88s时，水面降落至4.133225m，h0（t1）=2.285280914m，首先按下式计算逸出高度：式中 q（t）表示t时刻由上游坡出渗的流量； he（t）表示t时刻上游坡出身点高度；其

31、中H0=2，L=5.9609m，m1=1.6，k=1.5552m/d，代入各量值于上述方程组，运用excel表格联解得到，he（t1）= 4.285281m，q（t1）=2.16513E-05 m3s,将其代入以下浸润线方程：H以堤基为基面，得到t1时刻浸润线为h（x，t1）=18.36363251-2.326269073x m，方程无意义，因为he（t1）=h0t1+H0，浸润线没什么变化，与初始时基本一致。t2=122873.76s时，水面降落至3.42215m，h0t2=1.726262 m，同理解得he（t2）=3.67m，q（t2） =3.7854E-05m2s，得浸润线方程为h（x

32、，t2）=13.88502849-4.205995605x m，曲线坐标见表4-3。表4- 3 水防1断面骤降渗流t2时刻浸润线坐标X（m）00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.055Y（m）3.7263.72313.7213.7183.7153.7123.7093.7063.7043.7013.6983.695X（m）0.060.0650.070.0750.080.0850.090.0950.0960.0970.0980.0985Y（m）3.6923.6893.6873.6843.6813.6783.6753.6723.6723.67

33、13.6713.670t3=184310.64时s，水面降落至2.711075m，h0t3=1.167243m，同理解得he（t3）=2.711075m，q（t3）=1.67868E-05m2s，得浸润线方程为h（x，t3）=10.03142822-1.865203351x m，曲线坐标见表4-4表4- 4水防1断面骤降渗流t3时刻浸润线坐标X（m）00.10.20.30.40.50.60.70.8Y（m）3.1673.1383.1083.0783.0473.0162.9852.9542.922X（m）0.911.11.21.31.41.4051.411.415Y（m）2.8902.8582.

34、8252.7922.7582.7242.7222.7212.719X（m）1.421.431.4351.4361.4371.43751.43761.437645Y（m）2.7172.7142.7122.7122.7112.7112.7112.711t4=245747.52 s时，水面降落至2.0m，h0t4=0.608223656m，同理解得he（t4）=2.19m，q（t4）=7.35693E-06m2s，得浸润线方程h（x，t4）=6.80283064-0.817436901x m，曲线坐标见表4-5。表4- 5水防1断面骤降渗流t4时刻浸润线坐标X（m）00.10.20.30.40.50

35、.60.70.80.9Y（m）2.6082.5932.5772.5612.5452.5292.5122.4962.4802.463X（m）11.11.21.31.41.51.61.71.81.9Y（m）2.4472.4302.4132.3962.3792.3612.3442.3272.3092.291X（m）22.12.22.32.42.442.452.4545Y（m）2.2732.2552.2372.2192.2002.1932.1912.1904.1.2.2 软件计算采用北京理正研究院的理正岩土系列软件计算，方法为有限元方法。将问题类型、坡面信息、土层信息、面边界数据以及所用物理力学参数输

36、入软件，建立模型，计算简图如图4-3所示。其中堤体填筑料和堤基的渗透系数Kx和Ky均为1.5552 m/d，细砂层的渗透系数Kx和Ky均为0.53568 m/d。除了将分析类型改为不稳定流，上游水位改为随时间变化外，其余参数和操作一样，计算简图同图4-3。同样的将降落时间均分为四个时间增量，算得四个时间增量步的浸润线，坐标如表4-6所示，曲线如图4-7所示。表 4-6水防1断面骤降渗流电算各时刻浸润线坐标t1X15.92615.43914.82113.84612.84911.56611.12510.1139.008.217.336.615.864.784.334.193.993.26Y0.35

37、70.5180.6530.8110.9411.0851.1311.2281.331.401.481.551.621.741.801.821.862.03t2X16.46216.01815.09314.56513.23012.03011.07810.2229.2438.3387.2956.2765.3004.0223.4823.2973.0622.227Y-0.0000.2290.4210.4930.6350.7390.8110.8710.9360.9941.0581.1211.1801.2601.2941.3051.3211.392t3X1.3781.7882.0682.2992.8583.2

38、073.4724.8485.4326.6417.4338.7209.74411.02513.00714.36315.08416.462Y0.8610.9030.9130.9190.9210.9160.9120.8720.8520.8030.7700.7120.6630.5980.4810.3780.307-0.000t4X1.2081.7922.2142.9393.0814.2985.4246.1257.2218.3389.43110.95711.31812.52813.74414.94015.81516.462Y0.7550.8020.8120.8150.8130.7900.7570.732

39、0.6920.6480.6020.5330.5160.4530.3800.2850.178-0.000图 4-6水防1断面骤降渗流电算各时刻浸润线4.1.2.3手算电算对比由于手算中将降距H和H0的数值弄错，而又来不及修改，这里就不进行手算电算的对比，而以电算的为准。4.2水防2断面计算4.2.1 正常工况稳定渗流计算4.2.1.1 非软件计算先计算渗流量。修建在透水堤基上的均质土堤，渗流量计算方法是将堤身和堤基的渗流量分开计算，总的单位宽度渗流量q为两者之和：。式中 不透水堤基上求得的相同排水型式的均质土堤单位宽度渗流量。先求不透水堤基均质土堤渗流量，下游无排水设备，计算公式如下式中各指标同

40、图4-1所示。坡率m1=1.6，m2=1.5，上游水深H1=4.28m，下游水深H2=0m，h0为逸出高度，Q41al砂卵砾石层渗透系数大值平均值kd=1.8×10-3 cm/s，这里，堤体填料和堤基渗透系数k和k0均取1.8×10-3 cm/s，L=m1（2m1+1）H1=1.6/(2*1.6+1)*4.28=1.63m，L=14.5m，1L16.13m。将以上各值代入上述方程组，运用excel表格联解得到，单宽渗流量=1.06139E-05（）。透水堤基有效深度Te取0.8（L+m1H1）=21.348m，透水堤基深度T为13.29m，TTe，所以计算深度取T=13.2

41、9m，qD=1.06139E-05（），其他参量取值如上说述，则渗流量为堤线长约2850m，所以每s渗流量为，所以渗流量很小，影响不大。下面计算浸润线。透水地基上的均质土堤，由于地基透水的影响，堤身浸润线降低。计算时，近似考虑地基透水的影响。首先计算特征水深h0.下游无排水设备，且kk0，按照下式计算：代入式中各已知量的值，运用excel表格迭代计算得到，特征水深h0=0.92121m。然后按下式计算浸润线：式中 将q，和其它已知量代入上述浸润线计算公式，得到浸润线方程为x=0.176806809y2+4.699524996y-4.479292606浸润线坐标见表4-7，曲线见图4-7。表 4

42、-7 水防2断面稳定渗流浸润线坐标X0.0000.3970.9041.4151.9292.4472.9683.4934.0214.5535.088Y0.9211.0001.1001.2001.3001.4001.5001.6001.7001.8001.900X5.6276.1696.7157.2657.8188.3758.9359.49810.06610.63611.211Y2.0002.1002.2002.3002.4002.5002.6002.7002.8002.9003.000X11.78812.37012.95513.54313.83914.13514.43214.73015.0291

43、5.32915.630Y3.1003.2003.3003.4003.4503.5003.5503.6003.6503.7003.75X15.93216.23516.53816.84217.14817.45417.76118.06918.37818.68718.873Y3.8003.8503.9003.9504.0004.0504.1004.154.24.254.28图4-7 水防1断面稳定渗流浸润线下面验算渗透稳定渗流出口比降是校核背水坡渗流稳定的重要依据，坡面由于受渗透力作用产生的局部破坏，极易危及下游坡的整体安全。下游渗流出口比降，精确解计算极为复杂，下面提供的公式是以某些简单条件下的精确

44、解和试验资料为依据，对所研究的问题作近似假定求得的实用解答。部分公式在靠近水边线或坡脚计算的比降J=，这说明这些公式在水边线或坡脚附近有局限性，也说明在这些部位的坡面最容易发生渗透破坏，设计中应加强注意。砂卵砾石层分布于级阶地、漫滩及河床，属强透水性，细粒含量Pc=3.564.13%25%，判别其渗透变形类型为管涌。砂卵砾石的允许渗透比降.。下游无水（H2=0），渗透比降计算公式为：沿出渗段：沿地基段：对于出渗段，令，y=172.3m，远大于堤背坡长度，所以，出渗段将会发生渗透破坏，本来应该采取设置反滤层、压重等措施，但是由于出渗段有一层粉砂和一层细沙覆盖着，再加上后期的城市建设回填，渗透稳定

45、不会有问题。对于地基段，y=0，J趋于无穷大，所以非常危险，本来应该采取设置反滤层、压重等措施，但是由于上面有一层粉砂和一层细沙覆盖着，再加上后期的城市建设回填，渗透稳定不会有问题。4.2.1.2软件计算采用北京理正研究院的理正岩土系列软件计算，本次采用的是方法为公式法，方法同手算。将问题类型、坡面信息、土层信息、面边界数据以及所用物理力学参数输入软件，建立模型，计算简图同图4-3。其中堤体填筑料和堤基的渗透系数Kx和Ky均为1.5552 m/d，细砂层的渗透系数Kx和Ky均为0.53568 m/d，堤基深度有效系数取1。最终算得，渗流量 = 9.302 m3/天，浸润线如表4-8和图4-8所

46、示，渗透比降如表4-9所示。渗透比降最小值0.408大于0.120.18。图 4-8 水防2断面稳定渗流软件计算浸润线表 4-8水防2断面稳定渗流软件计算浸润线坐标X（m）6.8487.6748.5019.32710.15410.98011.80712.63313.46014.28615.113Y（m）4.2804.2274.2194.2124.2044.1974.1894.1824.1754.1674.160表 4-9 水防2断面稳定渗流软件计算渗透比降情况渗出段Y（m）0.4160.8321.2481.6642.0802.4962.9123.3283.7444.160比降J0.9860.8

47、290.7500.6970.6600.6300.6060.5870.5700.555堤基段X（m）0.4160.8321.2481.6642.0802.4962.9123.3283.7444.160比降J1.2910.9130.7450.6450.5770.5270.4880.4560.4300.408 4.2.1.3 手算电算对比手算方法和软件计算均为公式法，按照GB50286-98-堤防工程设计规范附录E执行，手算算得的流量q=3.594m3/（d.m），电算算得的流量q=9.302m3/（d.m）。理正软件算得的渗流流量偏大，理论上二者应该相等，以手计算为准；软件计算的浸润线偏高，跟有效

48、深度系数有很大的关系；渗透稳定计算结果相同，均是出渗段和堤基段均不满足稳定要求。4.2.2 正常工况骤降期渗流计算4.2.2.1 非软件计算水位骤降期是否要进行渗流计算，应根据如下指标进行判断：k/V其中 k堤身土料的渗透系数（m/d），为1.5552m/d； V水位降落的速度（m/d），这里去为1m/d； 土体的给水度。n为土体的孔隙率，根据土体的物理性质参数，计算得n=0.196，为百分数，得=3.76E-02；所以，k/V=41.36，属于0.1到60之间，为进行上游坡的稳定分析，应按照缓降过程计算浸润线下降的位置。首先计算降落t时刻的特征水深h0(t)，近似算式为：式中 H 降距（m），同图4-6所示，为3.53m； T 水位从初始位置降落到堤脚或降落到最大降距所需的时间，为3.53/1=3.53 d=304992s； t 要求计算上游浸润线的时间，tT(s)。将各相关量值代入上述公式，得到，h0（t）=-9.09908E-06t+3.53 m，只要代入具体时间，即可求得h0。将时间T均分为五段，t=60998.4s，对t3=182995.2s时刻进行计算。t3=182995.2s时，水面降落至1.412+0.75=2.162m，h0（t3）=1.665088227m，首先按下式计算逸出高度