小型土石坝设计-分析土石坝渗流

任务5土石坝的渗流分析——土石坝渗流分析的任务、方法和工况目录12渗流分析任务渗流分析方法3渗流分析工况渗流分析的任务01土石坝渗流计算的目的1.确定坝体内浸润线的位置，检验坝的初选形式与尺寸；确定渗流力以核算坝坡稳定；2.确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失；3.确定通过坝及两岸的渗流量并设计排水系统的容量。4.确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性；5.为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。土石坝渗流计算的任务1.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；2.确定坝体与坝基的渗流量；3.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；4.确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力；5.确定坝肩的等势线、渗流量或渗透比降。渗流分析方法02渗流分析基本方法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：采用有限元法分析。渗流分析工况03渗流分析的计算工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。知识点小结：1.土石坝渗流分析任务；2.土石坝渗流分析常用方法；3.土石坝渗流分析工况。思考：

1.土石坝渗流分析方法如何在在某一具体的工程中进行应用？任务5土石坝的渗流分析——水力学法目录12水力法基本原理不透水地基上的渗流计算3有限深透水地基上的渗流计算水力学法基本原理01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。渗流分析的水力学法二、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：渗流计算方法——水力学法单宽渗流量：浸润线方程：注：渗流量q与k有关；浸润线的高低与k无关。总渗流量的计算

总渗流量计算图不透水地基上土石坝的渗流分析02不透水地基上的均质坝

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，再根据等效原理进行求解。等效原理

等效原则：①认为渗流消耗同样大小的水头；②渗过相同的流量。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”。2.下游无排水（贴坡排水）设施情况对上游坝坡，斜面入流的渗流分析要比垂直面入流复杂得多。为简化计算，在实际分析中，常以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形，虚拟矩形宽度ΔL按式计算上游段渗流分析根据达西定律，通过浸润线以下任何单宽垂直剖面的渗流量q1为不透水地基上的均质坝2.下游无排水（贴坡排水）设施情况下游段分析，以下游水面为界把下游段三角形坝体分为水上、水下两部分计算。不透水地基上的均质坝上式根据流体力学和电拟试验得到，式中m1为上游坝坡坡率；H1为坝前水深。利用连续性原理：即不透水地基上的均质坝3.下游有褥垫式排水设施情况由模拟实验证明，褥垫排水的坝体浸润线为一标准抛物线，抛物线的焦点在排水体上游起始点，焦点在铅直方向与抛物线的截距为h0，至顶点的距离为h0/2，由此可得：不透水地基上的均质坝有限深透水地基上土石坝的渗流分析03叠加原理计算坝体渗流量时认为坝基不渗流；计算坝基渗流量时认为坝体不渗流。有限深透水地基上的土石坝有限深透水地基上的土石坝1.均质坝。对于透水地基上的均质坝(特别是下游有水情况)，分析时把坝体与坝基分开考虑，计算坝体的渗流量ql和浸润线，然后再假定坝体为不透水的，计算坝基渗流量q2，两者相加可得通过坝体和坝基的流量q。透水地基上均质坝的渗流计算图

有限深透水地基上的土石坝知识点小结：1.水力学法的渗流计算基本公式。思考：

1.不透水地基上，不同坝型的渗流计算？任务5土石坝的渗流分析——案例分析目录12工程案例案例解析工程案例01工程案例某均质土坝建在不透水地基上，坝高Hd＝37m，坝体土料渗透系数K＝1×10－8m/s，下游设堆石棱体排水，其它尺寸见图，求单位坝长的渗流量及浸润线。案倒分析1.不透水地基，2.均质土坝，下游设堆石棱体排水，3.坝高Hd＝37m，坝项宽4m，上游坝坡系数m1=3,下游坝坡系数m2=2.5，棱体内坡m=1.25，坝前水深H1=32m；下游水深H2=2m，坝体土料渗透系数K＝1×10－8m/s。求单位坝长的渗流量及浸润线。案例解析02案例解析根据等效矩形法及投影原理，虚拟矩形宽度ΔL及坝体投影底宽L的计算如下所示：渗流计算底部有效宽度L/为案例解析因下游有水，H2＝2m，所以按式计算h0根据达西定律，通过浸润线以下任何单宽垂直剖面的渗流量q1按式计算：思考：

1.在有限深透水地基上，当设有棱体排水体时其渗流计算有何不同？任务5土石坝的渗流分析——渗透变形及防治措施目录12渗透变形及类型渗透变形防治措施渗透变形及类型01渗透变形概念及影响因素定义：土石坝及地基中的渗流，由于物理和化学作用，土体颗粒流失，导致土壤发生局部破坏，称为渗透变形。影响因素：渗透变形及其发展过程与土料性质、颗粒级配及水流条件、防渗、排水措施等因素有关。渗透破坏常见渗透变形的型式1.管涌：在一定渗流作用下，土体中的细颗粒沿骨架颗粒所形成的孔隙管道移动或被渗流带走，发生于无粘性土中（沙砾料）。2.流土：指在渗流作用下，粘性土及均匀无粘性土体被浮动的现象。流土常见于下游逸出处。抢护方法：反滤围井、养水盆、滤水压浸台、排水。常见渗透变形的型式3.接触冲刷：渗流沿着两种不同介质的接触面流动时，把其中颗粒层的细粒带走。常见渗透变形的型式4.接触流土：渗流垂直于两种不同介质的接触面流动时，把其中一层的细粒，移入到另一层中去。例如反滤层的淤塞。5.化学管涌：指土体中的盐类被渗流水溶解带走的现象。渗透变形防治措施02一、管涌和流土的判别方法产生管涌或流土的细颗粒临界含量与孔隙关系：

管涌

流土一、管涌和流土的判别方法对于不均匀系数大于5的不连续级配土的管涌与流土判别：

管涌

流土过渡型二、产生管涌和流土的临界比降计算临界坡降计算公式：1.管涌的临界水力比降计算允许渗透坡降计算公式：南京水利科学研究院建议的公式二、产生管涌和流土的临界比降计算2.流土的临界水力比降计算:太沙基公式——土的孔隙率（%）；——土的颗粒密度与水的密度之比；

三、防止渗透变形的工程措施一是在渗流的上游或源头采用防渗措施，拦截渗水或延长渗径，从而减小渗透流速和渗透压力，降低渗透比降；二是在渗流的出口段采用排水减压措施和渗透反滤保护措施，提高渗流出口段抵御渗透变形的能力。

三、防止渗透变形的工程