土石坝渗流与稳定

1、第四节土石防洪堤渗流分析、散粒体渗流：由于水库蓄水后上下游水头差的关系，水流通过水库体土粒之间的空隙从上游流向下游。图6-13渗流示意图、第四节泥石流防洪堤渗流分析、渗流修正目的：为确定经济可靠的防洪堤类型和合理结构尺寸提供重要的根据渗流修正任务：确定坝体浸润线及其下游出点的位置，绘制坝体体积地基内的等位线分布或流网图，进行坝体稳定分析， 为应力校正和排水设备的选择确定坝体和地基的渗透产水量估计水库的泄漏损失，确定水库排水的尺寸，确定坝斜面的脱离段和下游地基表面的脱离比下降，确定不同土层间的渗透斜面下降，判断那里的渗透稳定性，估计由此产生的孔隙压力，上游坝斜面的稳定分析一土石防洪堤渗流的基本方

2、程及其解法，(一)渗流的基本方程土防洪堤渗流是层流，渗流区内任一点满足拉普拉斯方程：式中：x、y方向的渗流系数(二)渗流问题的水力求解假设：均质、层流、稳定渐变流图示为不透水地基上的矩形土体， 此时过流断面上的平均流速如下：设单幅产水量为q，则将(* )上式从上游面(x=0，y=H1 )到下游面(x=L，y=H2 )积分(1)不透水地基上的土石防洪堤的渗透流补正算1 .均质水库的渗透流补正算下游无排水：补正算时将土石防洪堤断面设为上游三角形， 分中间段和下游三角形三段的上游三角形渗流区域的等效宽度是：上游三角形和中间段合并通过该渗流区域的渗流产水量是：均质坝校正示意图、下游三角形段、下游水面为

3、边界，水部分的和为等位线，非等位线也不流线。 应用达西定律可得到渗透产水量：在水流连续条件下化学基联立求解，可得到浸润线方程式和逸出高度。 下游有床垫排水：流体动力学分析显示浸润线通过e，可以用排水起点为焦点的抛物线表示。 如果b点的高度为，则为c点的位置。 根据浸润线的过和，浸润线方程式有浸润线通过点：床垫排水的渗透流修正图，根据此能够得到EODBA段的单幅产水量：下游棱体排水：下游没有水的情况下与床垫式相同的下游有水的情况下，能够如下图所示用无水处理下游水位以上的部分。 单幅产水量为棱体排水时的渗流修正图、2 .心壁水库的渗流修正算、心壁土材的渗透系数一般小、比水库壳小的倍以上，即使不考虑

4、上游楔体下降的水头的作用也可以进行修正算。 下游水库箱体浸润线较平缓，水头主要集中在心墙部损失。 下游有排水时，近似的假定浸润线的逸出点为下游水位与堆石内斜面的升交点a，如下图所示。 心壁水库的渗流修正计算、心壁等厚简化的矩形截面：表示通过心壁段的单幅产水量：心壁下游水库壳的单幅产水量：联合解，可以求出心壁后浸润线高度和渗透产水量。 下游水库壳的浸润线正在修订中。 3 .斜壁水库的渗流修正计算、斜壁水库的渗流修正计算、改变了厚度的斜壁简化为厚度等厚的斜壁，通过斜壁的渗透产水量可以根据联立求出斜壁后水库壳的渗透产水量，得到q和h。坝体的浸润线方程式分为三流网法，应用：截面、边界条件复杂，难以修正

5、的时流网描绘法：根据经验确定浸润线的位置和逸出点，将上下水位差n等分，将水平线和浸润线的升交点即等位线和浸润线的升交点等分，从这些个的升交点描绘与等位线正交的流线。 相互正交、屏幕纵横比相等的网格，即流网从流网求出渗流要素，流网的图线、(1)渗流要素的校正、渗流场中的任意点I的流速可以用I点所在网格的平均流速表示。 I点所在的网格邻接的2根等位线之间的平均流线长度-2根等位线间的水头差，H1、H2是上下游水头，n是等位线的数量。 因此，流管的产水量在公式中为I点所在的网格的相邻流线之间的距离，即I网格的高度，例如正方形。 在这种情况下，流网格的性质要求在由正交曲线集群构成的流网格中，各个流管的

6、渗透产水量必须相同。 (二)不同土层界面上的流网渗流通过两个不同土壤的界面，其流线和等位线转换，根据连续条件，穿过相邻两个流线的产水量不变： AA1、BB1为等位线，此时两个等位线之间的水头损失假定为dh :不同土层界面上的流线绘制流网格时，首先变换实际截面，换算水平尺寸，然后以一般的方法在变换后的截面上绘制网格，最后将该截面与流网格的水平尺寸相乘，从而得到实际截面的流网格。 几种不同类型泥石流防洪堤的流网图如下： (a )、(b )、(c )、不同类型的泥石流防洪堤图、(a )均质坝(b )粘土心壁坝(c )粘土斜心壁坝、四渗透稳定的修正计算、(1)渗透变形的形式管涌多发生在中间粒径的缺乏的

7、非粘性土中，微粒土的空隙逐渐变大，接着大粒子陆续带出，形成夹砂渗流的集中通道，在破坏土体结构的粘性土或均匀非粘性土中多发生3 .接触流失渗流与渗透系数差大的两个相邻土层的接触面垂直二流动时， 将渗透系数小的层中的微粒子带入渗透系数大的其他的土层。4 .接触清洗渗透流沿着粗的两个土层的接触面或者建筑物和地基的接触面流动时，沿着层面带入细粒的现象2粘性土3砂砾4粘土，(2)影响渗透变形模式的判别、渗透变形的因素：土体的密度程度、粒倾斜， 细粒含量渗透变形模式的判断依据：流土过渡型不均匀系数管涌35%流土2535%过渡型细粒含量25%管涌、(三)。 以临界梯度下降为判定基准的一般的管涌，d流出粒子的

8、粒径小于该粒径的土壤粒子优选占35、cm，d流出粒子的粒径小于该粒径的土壤粒子优选占35、cm的k渗透系数、cm/s； n孔隙率。 对流土通常采用太沙基式：其中土粒容积重； 水的容积n土的孔隙率。 (四)增加渗透稳定性的工程措施增加渗透路径，降低渗透坡降或截断渗透流，增设沟渠或减压供水井，降低下游渗流出口的渗透压力，有规律地排出渗透水；(五)反过滤层设置修订、作用：进入渗透流出口或排水处理，坡降大，流速快，容易发生渗透变形为了防止土体因渗流而渗透变形，需要在防渗体和水库壳或水库化学基透水层之间、排水、水库体和土壤之间设置逆过滤层。 型式：土过滤、土工织物过滤基本要求：透水性大于被保护土，可顺利

9、排除渗透水流，使被保护土不发生渗透变形，当被细粒土泥堵塞，防渗体出现裂缝时，土粒不能从过滤层带出。 自愈裂缝的设置修订：反滤材一般采用较均匀的防风化砂、砾石或碎石。 反滤层的倾斜度和层数由修正计算比较决定。 反向过滤介质的不均匀系数58要求的两个相邻层间系数一般满足下列条件： (1)式中，反向过滤介质的粒径小于该粒径的土占总土重的15倍，和(2)式中，反向过滤介质的粒径小于该粒径的土占总土重的15倍，保护土的粒径小于该粒径的土占总土重的85倍。 对受保护土第一层过滤材料，建议：第五节土石防洪堤稳定分析，分析坝体和坝化学基不同情况下可能的失稳模式，管理其稳定性，确定经济剖面。 双曲型土体抗剪强度

10、不足折动坝化学基内柔软的穿山鼠开关塑性流动饱和细砂受到地震荷载而液化的三折动面型曲面粘土坡折线非粘性土坡复式厚心壁坝或坝化学基内柔软的穿山鼠开关、四负荷、1 .根据坝体自重土石坝的主要负荷存在的水上、水中的状况分别为湿容积重， 选择浮容积重2、孔隙水压力反应历程土体可被压缩，水不能被压缩，不能传递剪切力，在土体空隙饱和后，施加在其上的载荷都由水承担，在孔隙水被压力排出时逐渐转移到土体骨架。 土体骨架承担的有效应力和孔隙水压力的和作为总压力，在工作条件(相对于粘性土)的施工期间，在库水位骤降时，地震时的考虑方法总应力法和有效应力法3 .地震负荷地震惯性力用拟静力法修正，沿着水库高度用于质点I的水

11、平方向地震惯性力PI，在式中：水平方向地震系数， 与地震烈度有关的综合影响系数集中在始终取0.25的地震加速度分布系数I质点的质量上，垂直地震力也用水平方向地震惯性力式进行了修正，其中对于设定修正地震烈度为8，9度的级水库，必须将水平方向和垂直方向地震惯性力考虑为云同步。 此时，垂直地震惯性力也必须乘以0.5的相遇系数。 五修箱水库正常蓄水位下游坡正常运行时水位下降上游坡最不利水位时上游坡水位下降上游坡紧急运行时施工期上下游坡校正水位下游坡地震时上下游坡、六滑稳定分析方法、土石防洪堤水库坡稳定分析始终采用极限平衡理论。 根据滑移面的形式，可分为圆弧滑动法、折线滑动法、复式滑动法。 1 .圆弧折

12、动法(1)瑞典条分法的适用范围：均质坝、厚心壁和厚斜壁坝的可能折动面均接近圆弧原理：假定坝体或坝化学基有一系列圆柱型破坏面，从平面问题考虑为圆弧面。 圆弧内土体绕圆心的滑动阻力矩大于滑动阻力矩则稳定，否则边坡失去稳定单一可能滑动体的方法和步骤：首先确定坝体浸润线的位置，在不同区域采用不同的物理力学性质指标。 水库体浸润线以上采用湿容积重。 对于浸润线以下的坝体，修正折动扭矩时使用饱和容积，修正滑动阻力扭矩时使用浮动容积。 将圆弧内的土体分为几个条件，为了便于修正运算，土体宽度b常用为半径r的份数，即b R/m，m为1020。 以I土条为例，其自重可以在滑动电弧上分解为切线分力和法线力。忽略条块

13、剪切相互作用力，边坡的稳定安全系数以圆心正下方的1根为i0，向上游I1、2、3、下游I1、2、3依次为坝坡稳定计算模式图，因此，对高坝可以采取一系列的折动面管理，求出最小安全系数。 相应的折动面是具有最危险或最小安全系数的折动面(2)毕晓普法毕晓普法考虑土条两侧的作用力，条块间作用力是任意方向的折动弧数值分析，(a )折动土块。 (b )条块的力平衡图以ABCD为终端浸水的圆弧弯曲面。 假定条块摇滾乐两侧的作用力，g是条块重量，n是条块摇滾乐底面上的法线力，即子摇滾乐底面的有效法线力，u是条块摇滾乐底面的孔隙水压力s是条块摇滾乐底面上的有效剪切力，即土体有效抗剪强度的指标。 折动面BC上产生的

14、剪切力，根据折动平衡条件： (* )根据(b )个块的力平衡图求出n、ul，代入式(* )，进行简化：由于在(1)式中是未知量，所以需要先检查是否满足需要推一推的(2)、(3)，并满足折线折动法(1)非粘性土防洪堤斜面的折动面近似折线，折点标高应该始终是水位附近的折动面上的抗剪强度利用一盏茶的程度。 其安全系数的表现方式为，式中Kc为安全系数，是通过试验得到的抗剪强度指标。 在修正计算中，将折动土体ABCEA分为两个折动子，折动子间的折动面用BD铅垂线。 在这方面，土块间相互作用力与BD面法线形成摩擦角。 修正运算时假定不同的安全系数Kc，根据滑块BCED的平衡条件求出p，并使其作用于ABD，观察他是否与G2、R2等平衡。 如果不平衡，则重复上述步骤，直到取得平衡，此时的Kc是该折动面的安全系数，非粘性土坡稳定修正算图是从折动土体BCED平衡得到(4)从折动土体ABD平衡得到(5)联立(4)、(5)的最危险(2)斜壁及其保护层的修正计算、斜壁、保护层、斜壁和坝体被2种不同的土材填埋，在接触面上强度低，有可能与保护层和斜壁一起沿着这样的接触面滑动。 斜壁与保护层一起滑动的稳定修正算法，斜壁与保护层一起稳定修正算法