秦卫星——土石坝的渗流变形及判断
4(2)土石坝(：渗流分析)
渗流分析过程及结果
分析方法
计算模型
采用数值计算方法进行渗流分析，包括有限 元法、有限差分法等
根据实际工程地质条件，建立计算模型，包 括坝体、坝基、库岸等
分析参数
分析结果
根据工程实际情况，确定渗流参数，如渗透 系数、孔隙率等
根据计算分析，得出渗流场分布、渗透流量 及坝体浸润线等结果
渗流分析及解决方案
边界元法
利用数值计算方法对计算区域 的边界进行求解，得出浸润线
和渗透流量等成果。
物理模型试验方法
缩尺模型法
根据相似原理，将实际工程缩尺成模型进行试验，以得出浸润线和渗透流量 等成果。
离心模型法
利用离心机进行模型试验，以得出浸润线和渗透流量等成果。
经验公式法
查图表法
根据工程地质和水文地质条件，查用图表或经验公式进行计算。
的可行性和实用性。
研究还发现，土石坝渗流场的分布与 诸多因素有关，如坝体材料、结构形 式、运行水位、地质条件等，这些因 素需要在进行土石坝设计和运行时给
予充分考虑。
土石坝渗流分析的不足与挑战
尽管本次研究取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处 。例如，数学模型仅考虑了理想情况下的渗流场分布，实 际应用中还需对复杂的地质条件和施工条件进行深入研究 。
4(2)土石坝渗流分析
xx年xx月xx日
contents
目录
• 引言 • 土石坝概述 • 渗流基本理论 • 土石坝渗流分析方法 • 工程实例 • 结论与展望
01
引言
工程项目背景
该工程项目属于国家重大水利工程，位于某流域，旨ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ提高 该地区的防洪能力，改善水资源利用状况，促进当地经济发 展。
该工程项目的建设规模较大，涉及多个建筑物和设施，其中 最为核心的是土石坝。
土石坝渗透变形的形式
土石坝渗透变形的形式土石坝渗透变形是指土石坝在长期受水压作用下，水分渗透进入土体内部，导致土体发生变形的现象。
随着水分的渗透，土体中的饱和度增加，土体体积发生膨胀，从而引起土石坝的渗透变形。
本文将从土石坝渗透变形的机理、影响因素以及防治措施等方面进行讨论。
一、土石坝渗透变形的机理土石坝渗透变形的机理主要与土体的渗透性、土体饱和度以及渗透压力等因素有关。
首先，土体的渗透性是影响渗透变形的关键因素之一。
渗透性较大的土体，水分更容易从坝体表面渗透至内部，导致土体饱和度增加，从而引起渗透变形。
其次，土体的饱和度也是影响渗透变形的重要因素。
当土体饱和度增加时，土体体积膨胀，造成土石坝的变形。
此外，渗透压力也会引起土石坝的渗透变形。
当水分渗透进入土体内部，水分对土体施加的压力会导致土石坝的渗透变形。
二、土石坝渗透变形的影响因素土石坝渗透变形受多种因素的影响，主要包括以下几个方面。
首先，土石坝的渗透性是影响渗透变形的关键因素。
土石坝渗透性较大，水分更容易渗透至内部，从而引起渗透变形。
其次，土石坝的饱和度也会影响渗透变形的程度。
当土体饱和度增加时，土石坝的渗透变形也会加剧。
此外，土石坝所受的渗透压力也是影响渗透变形的重要因素。
当渗透压力增大时，土石坝的渗透变形也会增加。
此外，土石坝的固结度和孔隙水压力等因素也会影响土石坝的渗透变形。
三、土石坝渗透变形的防治措施为了减少土石坝的渗透变形，可以采取以下几种防治措施。
首先，提高土石坝的渗透性。
可以通过改变土体的颗粒组成、调节土体的孔隙度以及加入渗透性较好的材料等方式，提高土石坝的渗透性，减少渗透变形的发生。
其次，控制土石坝的饱和度。
可以通过加强排水系统的设置，及时将土石坝内部的水分排出，控制土石坝的饱和度，减少渗透变形的发生。
此外，加强土石坝的监测也是重要的防治措施之一。
通过安装监测设备，对土石坝的渗透变形进行实时监测，及时采取相应的措施，有效预防和控制渗透变形的发生。
浅谈水库工程土石坝施工中的渗流问题与解决对策
浅谈水库工程土石坝施工中的渗流问题与解决对策文章结合土石坝施工的实际工作经验，对工程中存在的渗流问题进行探讨，提出相应的解决对策，以此来保证工程质量。
标签：土石坝渗流水库工程土石坝是历史最为悠久的一种坝型，目前仍然被广泛应用，发展的态势也是最快的。
我国土石坝数量占到大坝总数的93%，优势非常明显。
土石坝很依赖当地的资源，就地取材，充分利用当地材料，例如土料、石料和混合料，通过抛填、碾压等方式筑成大坝。
关于土石坝的分类，主要有以下几种：土石坝按照材料可以分为土坝、堆石坝以及土石混合坝。
土石坝按照施工方法的不同可以分为碾压式、充填式、水中填土坝以及定向爆破堆石坝等。
土石坝具有节约运输成本、结构简单便于改造、适应变形的良好性能、施工工序较少等优点。
但是土石坝还具有坝身一般不能溢流、填筑粘性土料受气候影响大以及施工导流不如混凝土坝方便等缺点。
由于土石坝施工建设的最大危害就是渗流，因此，在土石坝工程建设的时候首先应当考虑如何控制以及预防渗流的问题。
土石坝是由土料和砂砾组成的，这些材料组成了的散粒体结构从而存在大量的孔隙，这就造成了土石坝本身具有一定的透水性。
当水库蓄水后就形成了一定的水压力，水就会在水压力的作用下顺着孔隙渗向下游，从而导致坝身、坝基还有绕坝的渗漏。
能够控制在一定范圍之内的正常渗流是不会对大坝产生破坏力的，但是异常的渗流就具有一定的渗透破坏能力。
溃坝是渗透对大坝造成的最直接也是最严重的后果。
因此，确保土石坝安全的一项重要的措施就是将坝体以及坝基的渗流控制在正常范围内。
渗流基础理论的实施措施就是渗流的控制技术，通常的渗流控制技术包括：反滤坝、灌浆、坝体和坝基的密度加固、土工合成材料加固、土石坝坝体灌注粘土浆加固、土石坝坝坡滑动破坏加固以及防渗墙、坝体坝基加固技术等。
产生异常渗流的原因如下：第一，由于层间系数过大、施工时存在错断混层现象以及填土不密实等原因造成反滤层被破坏而失效。
如果前面所讲的防渗体破裂或出现渗漏通道时，只要反滤层仍旧工作正常，仍旧不会造成渗漏破坏的进一步扩大。
培训_53土石坝的渗流分析
• 对首端至末端积分
q[L
m2 (0
H2)]
K 2
[H12
(0
H 2 )2 ]
• 对首端至任意断面积分得浸润线方程
下游段的渗流计算分析
• 水上部分：
• 假定该部分渗流流线为水平直线。任一 流管的过水断面为dZ×1，长度为m2Z， 作用水头为Z，沿高度呈线性变化。
• 渗透坡降为 • 渗透流量为 • 水上部分的渗流流量：
• 坝下不透水层面为最后一条流线，浸润 线为第一条流线，其水头等于浸润线上 各点的铅直坐标。
• 渗流在下游坝坡上的逸出段与浸润线一 样，其压力等于大气压，各点水头也随 铅直坐标而变化。
• (5) 实验方法 ：常用的有电模拟法、电 网络等模拟试验法。由于成本、周期以 及计算机技术进步等原因，目前应用不 多。
• （2）根据土体中的渗流作用力判断。
• （1）产生管涌的临界坡降JC • 临界管涌坡降取决于土的颗粒组成和渗
流坡降。可用南京水利科学院的沙金渲 公式计算：
• 式中： d3——相应于颗粒级配曲线上含 量为3％的粒径，cm； k——渗透系数,m/s； n——土的孔隙率。
• （2）流土的临界坡降JC
渗透变形的判别标准
• 为保持坝的渗流稳定性，需查明坝体和 地基土体发生渗透变形的临界渗透坡降； 再确定坝体和地基土体相应的容许渗透 坡降；以此作为进行渗流稳定性的评价。
• 坝体和地基土体发生渗透变形的临界坡 降的判断方法主要有两类：
• （1）根据土体的颗粒级配鉴别，如土体 细粒含量多少，土体的不均匀系数鉴别。
• 假定：斜墙后的渗流为缓变流，斜墙后 的水深为H，下游出口水深为H2；由流 量的连续性条件，可求解通过斜墙的渗 流量。
3.3土石坝的渗流分析
以土体中的细粒（粒径小于2mm的）含量pz 作为判断依据的方法。 当土体中的细粒含量 p >35% 时，孔隙填充饱 z 满，容易产生流土； 当土体中的细粒含量 p <25% 时，孔隙填充不 z 足，容易产生管涌； 当土体中的细粒含量 25%> p >35% 时，可能 z 产生管涌或流土，依土体的紧密度而定。
（2）前面所介绍的水力学方法，从根本上将 是一种近似的计算方法。这主要是由于坝体特 别是坝基的实际情况十分复杂，难以用理论公 式严格地表述。因此，上述所介绍的公式可能 与同学们在其他参考书籍中看到的公式可能略 有不同。坝工学到目前为止，仍然是一种半理 论半经验性的学科，土坝渗流计算是理论分析、 试验研究和工程经验的结晶。因此，不同书籍 的土坝渗流计算公式在表述上略有不同是正常 的。这种不同主要来源于对坝体及坝基的简化 上的不同，没有实质意义上的区别。
第三节 土石坝的渗流分析
土石坝的渗透变形及其防止措施
土石坝在渗流的作用下可能发生渗透变形， 造成坝脚产生渗透破坏，甚至会导致工程失事。 （1）管涌 在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从 骨架孔隙中连续移动和流失的现象。
（2）流土 在渗流作用下，土体从坝基表面隆起、顶 穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象。
各种不同类型地基土坝的渗流计算
P130表4-6
总渗流量的计算
根据地形和坝体结构，沿坝轴线将坝划分为若干段 （n段），各段的长度分别为L1、L2、……、Ln，分 别计算各段的平均渗流量q1、q2、……、qn。
1 Q [q1 L1 (q1 q 2 ) L2 (q n 1 q n ) Ln 1 q n Ln ] 2
渗流分析的方法
流体力学方法 水力学方法 流网法 试验法
土石坝的坝基处理及渗流变形的防治
土石坝的坝基处理及渗流变形的防治1 土石坝的坝基处理土坝对地基的要求比混凝土坝低，一般不必挖除地表透水土壤和砂砾石等。
但是，为了满足渗透稳定、静力和动力稳定、容许沉降量和不均匀沉降等方面的要求，保证坝的安全经济运行，也必须根据需要对地基进行处理。
1.1岩基处理针对土石坝的特点，岩基的处理主要应注意以下四点：（1）岩基上的覆盖层。
对中、低土石坝，只需将防渗体坐落在基岩上，形成截水槽以隔断渗流即可。
对高土石坝，最好挖除全部覆盖层，使防渗体和坝壳均建在基岩上。
（2）防渗体与基岩的连接。
防渗体与基岩的接触面应紧密结合。
以前多要求在防渗体的基岩面上浇筑混凝土垫层或混凝土齿墙。
但混凝土垫层和齿墙的作用并不明显，受力条件不佳，易产生裂缝，因此，现在的发展趋势是将防渗体直接建在基岩上。
（3）基岩内部防渗处理。
主要是防渗帷幕。
一定要做到万无一失，防渗幕是很重要的一项工程。
（4）对不良地质构造的处理。
对断层、破碎带等不良地基构造，主要考虑起渗透稳定性和抗溶蚀性能，而不太看重其承载力和不均匀沉降。
处理方法主要有：水泥灌浆或化学灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙、设置防渗铺盖等。
1.2砂砾石地基处理砂砾石具有足够的承载能力，压缩性不大，干湿变化对体积的影响也不大。
但砂砾石地基的透水性很大，渗漏现象严重，而且可能发生管涌、流土等渗透变形。
砂砾石地基的处理，主要是对地基的防渗处理。
1.3垂直防渗设施垂直防渗是解决坝基渗流问题效果最好的措施。
垂直防渗的效果，相当于水平防渗效果的三倍。
因此，在土石坝的防渗措施中，应优先选择垂直防渗措施。
垂直防渗措施主要有：粘性土截水墙、混凝土防渗墙、灌浆帷幕、板桩等。
1. 4粘性土截水墙(1)当砂砾石透水地基的深度不大时，可将截水墙直接伸入岩基，并与岩基紧密相连。
这种情况下的截水墙结构简单，工作可靠，防渗效果好；当砂砾石透水地基的深度较大时，可将截水墙深入坝基一定深度，不与岩基相连，称为悬挂式截水墙，但防渗效果较差。
土石坝的渗透变形及其防止措施.微课
管涌
流土
接触冲刷
接触管涌
土石坝的渗透变形及其防止措施
1.管涌：在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带 走逐步形成渗流通道的现象。
2.流土：在渗流作用下，成块土体被掀起浮动的现象。
3.接触冲刷：渗流沿两种不同土壤的接触面流动时，把其中 细颗粒带走的现象。
4.接触流土和接触管涌：渗流方向垂直于两种不同土壤的 接触面时， 可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去。
n —土壤孔隙率。
（三）渗透变形的临界坡降
当
JJc 可能发生管涌，
[Jc ]
Jc m
m — 渗透坡降安全系数，一般为2-3。
此外 [J] 值还可参照不均匀系数：
当 1020 的非粘性[J 土 ]0 时 .20： 当 20 的粘性土 [J]时 0.1 ： 0
2.流土的临界坡降
当
J[JB]
可能发生流土，
（二）渗透变形型式的判别
d≦2mm 细颗粒
P z 2 % 或 5 P z P z 砂性土，易发生管涌；
P z 3 % 或 5 P z P z 粘性土，易发生流土；
2% 5P z 3% 5
Pz
1
n n
可能发生管涌、流土。
Pz—粒径等于或小于2mm的细颗粒临界含量（%）；
—修正系数，取0.95～1.0；
设置反滤层是提高抗渗破坏能力、防止各类渗透变形特别是防止管涌的有 效措施。在任何渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层。
1.反滤层的结构 反滤层一般是由2～3层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的。层次
排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径 则按渗流方向逐层增加。
土石坝渗透变形的形式
土石坝渗透变形的形式土石坝渗透变形是指土石坝内部水分通过坝体渗透，导致土石坝的形状和结构发生变化的现象。
这种渗透变形是土石坝安全隐患的重要来源之一。
下面将从土石坝渗透的原因、渗透变形的表现以及预防和控制措施等方面进行阐述。
土石坝渗透的原因主要有两个方面：一是坝体渗透。
土石坝由于自身的孔隙和裂缝，水分会通过坝体的渗透而进入坝内。
二是坝基渗透。
土石坝的坝基与地基之间也存在着渗透通道，地下水会通过这些通道渗透到坝体内部。
这两种渗透现象的叠加使得土石坝内部的水分逐渐增加，从而引发渗透变形。
土石坝渗透变形的表现有多种形式：一是坝体的水分含量增加。
随着渗透的发生，土石坝内部的水分含量逐渐增加，超过了土石坝的承载能力，导致坝体的变形和破坏。
二是坝体的变形。
由于水分的渗透，土石坝的内部结构发生变化，坝体的形状也会发生变形，表现为坝体的下沉、倾斜或者侧向位移等。
三是坝体的开裂。
由于渗透引起的坝体变形，会导致土石坝表面的开裂，这些开裂不仅会进一步增加水分的渗透，还会影响坝体的稳定性。
为了预防和控制土石坝渗透变形，需要采取一系列的措施：一是建立良好的排水系统。
通过设置排水管道和渗流控制带等设施，可以有效地控制坝体内的水分渗透，减少渗透对坝体的影响。
二是加强坝体的抗渗能力。
可以采用防渗墙、加固坝体等方式，提高土石坝的抗渗能力，减少渗透引起的变形。
三是加强坝基的处理。
通过对坝基进行改造和加固，减少地下水对坝体的渗透，从根本上解决土石坝渗透变形的问题。
总的来说，土石坝渗透变形是一种常见且严重的问题，对土石坝的安全稳定性造成了威胁。
为了预防和控制渗透变形，需要采取一系列的措施，包括建立排水系统、加强坝体的抗渗能力和处理坝基等。
只有通过这些措施的有效组合，才能保证土石坝的安全稳定运行，为人们的生命财产安全提供保障。
土石坝渗流安全评价(二篇)
土石坝渗流安全评价1坝基渗流安全评价要点如下：1砂砾石层（包括砂层、砂砾石层、砾卵石层等）的渗透稳定性，应根据土的类型及其颗粒级配等情况判别其渗透变形形式，核定其相应的允许渗透比降，与工程实际渗透比降相比，判断渗流出口有无管涌或流土破坏的可能性，以及渗流场内部有无管涌、接触冲刷等渗流隐患。
2覆盖层为相对弱透水土层时，应复核其抗浮动稳定性，其允许渗透比降宜由试验法或参考流土指标确定；对已有反滤盖重者，应核算盖重厚度和范围是否满足要求。
3接触面的渗透稳定性主要有以下两种型式：1）复核粗、细散粒料土层之间有无接触冲刷（流向平行界面）和接触流土（流向从细到粗垂直界面）的可能性；粗粒料层能否对细粒料层起保护作用。
2）复核散粒料土体与刚性结构物体（如混凝土墙、涵管和岩石等）界面的接触渗透稳定性。
应注意散粒料与刚性面结合的紧密程度、出口有无反滤保护，以及与断层破碎带、灰岩溶蚀带、较大张性裂隙等接触面有无妥善处理及其抗渗稳定性。
2坝体渗流安全评价要点如下：1均质坝。
复核坝体的防渗性能是否满足规范要求、坝体实际浸润线和下游坝坡渗出段高程是否高于设计值，还需注意坝内有无横向或水平裂缝、松软结合带或渗漏通道等。
2组合（分区）坝：1）防渗体（心墙、斜墙、铺盖、各种面板等）。
复核防渗体的防渗性能是否满足规范要求，心墙或斜墙的上、下游侧有无合格的过渡保护层，以及水平防渗铺盖的底部垫层或天然砂砾石层能否起保护作用。
2）透水区（上、下游坝壳及各类排水体等）。
复核上、游坝坡在库水骤降情况下的抗滑稳定性和下游坝坡出逸段（区）的渗透稳定性，下游坡渗出段的贴坡保护层应满足反滤层的设计要求。
3）过渡区。
界于坝体粗、细填料之间的过渡区以及棱体排水、褥垫排水和贴坡排水等，应复核反滤层设计的保土条件和排水条件是否合格，以及运行中有无明显集中渗流和大量固体颗粒被带出等异常现象。
8.3.3应复核两坝端填筑体与山坡结合部的接触渗透稳定性，以及两岸山脊中的地下水渗流是否影响天然岩土层的渗透稳定和岸坡的抗滑稳定。
浅究水电工程土石坝施工中的渗流问题与解决措施
浅究水电工程土石坝施工中的渗流问题与解决措施摘要：土石坝为解决我国自然环境中存在的洪涝灾害、干旱缺水等水的问题以及发展国民经济、保障人民生活发挥了极为重要的作用，其是我国较早和较普遍采用的一种坝型。
土石坝因其自身所具有的特点决定了其的普遍性，其特点是：1、可以就地取材，坝基地质条件要求不高；2、其形成结构比较简单，此特性决定了其节约三材；3、施工容易、简单等优点。
目前，土石坝的发展前景广阔，在国内外，不仅中低坝广泛采用土石坝，而且高土石坝兴建的也越来越多。
造成此现象的原因主要是：1、大型高效施工机械的普遍采用；2、坝体防渗结构和防渗新材料的使用；3、施工所需人数的大量减少4、施工工期缩短5、施工费用显著降低等。
关键词：水电工程土石坝；施工；优点；缺点；措施Abstract: Earth-rock dam plays an extremely important role for solve our country natural environment in the presence of flood, drought and water shortage, water problems and the development of the national economy and to protect people’s life, which is China’s earlier and more commonly used a kind of dam. Earth rock dam itself with its characteristics determine its universality, its characteristic is: 1, can obtain raw material locally, geological conditions of dam foundation requirements is not high; 2, the structure is relatively simple, this characteristic decided its saving three material; 3, easy construction, the advantages of a simple. At present, the earth-rock dam and broad prospects for development, at home and abroad, not only widely used in dam and earth-rock dam, high dam construction are more and more. The main reason of this phenomenon is: 1, large high efficient construction machinery widely used; 2, dam seepage control structure and control the use of new materials; 3, the construction of a substantial reduction in required number 4, construction 5, shortening the duration of construction cost a significant reduction.Key words: hydropower project earth-rock dam; construction; advantages; disadvantages; measures中图分类号: TV641文献标识码:A文章编号:一、土石坝的优、缺点1、土石坝的优点（1）土石坝可以就地取材,从而节省了其他筑坝方式所需的大量钢材﹑水泥﹑木材等建筑材料,相应的节省了因远途运输而产生的运输费用。
探讨土石坝渗透变形的成因、形式及治理措施
探讨土石坝渗透变形的成因、形式及治理措施土石坝在我国水利工程施工中由来已久，它的主要材料是由本地的土料、石材以及土石混合材料构成，经过有序的碾压、回填等方式筑成的挡水大坝。
由于使用的材料不同，土石坝可以分为以下几种：石坝、土坝以及土石混合材料铸成的混合型大坝。
随着我国经济的发展，水利工程的发展也有了较大的进步，由于受到各方面环境条件的限制，在一些情况下，因为土石坝的渗漏问题，如果不及时处理，有可能会对人们生命财产安全造成严重危害，所以，必须采取有力措施，防止土石坝渗漏。
1 土石坝渗透变形的含义及危害土石坝由于长期在水中受到浸泡和冲刷，周围土体在渗透作用下发生浮动变形，当土体的质量小于浮容重时，土石坝的土石就会逐渐被带走，从而使土石坝发生变形。
刚开始的大坝渗透能力不会造成土石流失，但是，如果不及时治理，日积月累，成年累月的冲刷，就会发生较大的土石坝滑坡或重大事故。
要根据土石坝出现渗透变形各个部分的实际情况进行分析，如果大坝下游坝坡的边缘，发生的危害就大，如果在大坝的坝基里面发生涵洞，就会出现建筑物下陷，有时候还会出现塌陷等严重后果。
2 土石坝渗透变形的成因土石坝渗透变形有以下几种形式：泥土受到冲刷后发生流失、管涌以及接触性流土。
因为泥土的颗粒的大小不同以及渗透程度的不同使土石坝发生渗流变形，主要是因为：（1）坝基的不透水层没有和土石坝下面的截水槽相连，对于不稳定的地基没有很好的处理，都会使坝基出现渗流，如果任其发展，就会使坝基变形或出现空洞甚至溃坝。
（2）因为选用的土石材料在力学方面没有认真思考，在建成土石坝工程时进行储存水源时，对浸润线的设置不合理，以至于土石坝的渗漏流出的水流从下游的坝坡斜面流出，使下游坝坡极不稳定。
（3）在进行输出水的涵洞和施行工程施工中，使用的浆液不均匀、混凝土比例配合没有按照一定的标准，周围的黏土夯实不严密，有时候在回填时不结实，也会使土石坝出现涵洞，从而引起渗透变形发生。
水工05-03土石坝的渗流分析
2.渗流计算时按平面问题处理，取单位坝长作为
计算对象。
3.基本公式 ●达西定律：v=kJ ●Dupuit假定：过水 断面各点J、v为常数 J=-dy／dx q=vw=-kdy／dx· y qdx=-kydy 经积分得：
q
12
12 矩形区域渗流计算图
H 2L
k
2 1
H
2 2
对任一断面：q=k· 12-y2)／2x (H 浸润线方程式：2qx= k· 12-y2) (H
q1 k (H
2 1
h
2
)
2 sin
●通过斜墙后坝壳的渗流量q2 k 条件，q1 =q2 =q，求出两个未知数 渗流量q和心墙后浸润线高度h 。 ●浸润线方程
y H
2 1
2 q k
x
(四)有限深透水地基上土石坝的渗流计算
1.有限深透水地基 当透水地基深度小于土坝不透水长度的1.5 倍时，称有限深透水地基。 2.计算方法 透水地基上土坝的渗流计算，一般采用坝 体与坝基分开计算的方法。即先假定地基不 透水，按上述方法确定坝体的渗流量q1 和浸 润线(坝体浸润线可不考虑坝基渗透的影响， 仍用地基不透水情况下算出的结果)；然后再 假定坝体不透水，计算坝基的渗流量q2 ；最 后将q1和q2相加，即可近似地得到坝体坝基的 渗流量。
2. 根据细颗粒含量判别 此法以土体中的细粒含量(粒径d小于2 mm)Pg 作为判别依据。 (1)伊斯托明娜的建议
●细粒含量大于35％时，容易产生流土； ●对于缺乏中间粒径的砂砾料，细粒含量小 于25％～30％的为管涌，大于30％的为流土。 (2)南京水利科学研究院提出的判别公式
PZ n 1 n
●据1998年长江防洪抢险的统计资料，由渗透变 形造成的险情约占险情总数的70%。
4(2)土石坝(：渗流分析)
xx年xx月xx日
目录
• 引言 • 土石坝基本知识与概述 • 土石坝渗流分析原理和方法 • 土石坝渗流分析案例 • 土石坝渗流安全与防护ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ施 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
土石坝是一种由土料、石料或混合料等材料组成，并主要依 靠坝体自身重量来抵抗坝下游水流的推力以保持稳定的水工 建筑物。
应急预案
制定应急预案，如发生渗流事故时，及时启动应急预案 ，组织抢险救援。
06
结论与展望
研究成果总结
建立了适用于本工程实际地质条件的渗流模型； 分析了不同工况下的坝体渗流场分布；
确定了坝体和坝基的渗透系数； 预测了坝体的渗流量。
存在问题和改进建议
1
模型参数的确定受地质条件影响较大，需进一 步开展相关研究；
结构形式
土石坝的结构形式可分为重力坝、拱坝和重力拱坝。重力坝是依靠坝体自重 和地基承载能力来维持稳定的坝体，拱坝则是通过拱形的结构形式利用地基 反力来维持稳定。重力拱坝则是结合了重力坝和拱坝的特点。
土石坝的渗流特性
渗流现象
渗流是指水在坝体内流动的现象。由于坝体材料的透水性，水会在压力作用下渗 透过坝体，形成渗流。
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影响渗流的要素
渗流的影响因素包括坝体材料的透水性、水压力、坝体结构形式等。这些因素的 变化会导致渗流量和渗流路径的变化。
03
土石坝渗流分析原理和方法
渗流分析的基本原理
1 2
饱和液体
在一定温度下，固体颗粒在一定压力下完全润 湿，此时液体和固体表面之间存在一个平衡压 力，称之为饱和压力。
土石坝材料的物理性质
计算步骤
包括前处理、计算、后处理三个步骤，其中前处理和后处理主要是对计算结果进行可视化 、分析和整理，计算则是根据渗流基本方程进行求解。
4(2)土石坝(：渗流分析)
连续性方程
描述了液体在多孔介质中流动时的质量守 恒原理。
势能方程
描述了液体在多孔介质中流动时的势能变 化。
渗流的边界条件与初始条件
边界条件
描述了液体在多孔介质中流动时边界对流动的影响，如库岸、河岸等边界条件。
初始条件
描述了液体在多孔介质中流动开始时的状态，如初始水位、初始流量等。
03
土石坝渗流分析方法
等参数，计算渗流情况。
斯托克斯定律
02
在一定条件下，水在土壤中的渗透服从斯托克斯定律，通过实
验确定相关参数进行计算。
柯西定律
03
基于柯西定律，通过实验确定渗透系数等参数，计算渗流情况
。
04
土石坝渗流风险评估与控 制
渗流风险评估方法
理论模型
根据土石坝的几何形状、材料性质和边界条件， 建立数学模型来预测渗流风险。
物理模型试验方法
相似材料模型
使用与实际土石坝相似的材料 制作模型，通过试验模拟实际
渗流情况。
离心模型
利用离心机将模型材料按比例放 大，模拟实际土石坝的渗流情况 。
压力浸透试验
在模型上施加一定的压力，观察水 在模型中的渗透情况，以模拟实际 渗流。
经验公式方法
达西定律
01
基于水在土壤中的渗透服从达西定律，通过实验确定渗透系数
变形监测
流量监测
在土石坝表面和内部设置变形监测点，监测 土石坝的变形情况，评估渗流对坝体稳定性 的影响。
在土石坝上游和下游设置流量监测点，监测 渗透水流的数量和速度，评估渗流风险。
05
土石坝渗流分析案例
工程案例一：某大型水库土石坝渗流分析
背景介绍
某大型水库是一座以灌溉、发电、防洪等综合利 用为目的的大型水利工程，土石坝是该工程的主 要坝型。
土石坝渗流安全评价
土石坝渗流安全评价土石坝是一种利用土石材料和建筑材料修建的堆石坝，广泛应用于水利、发电等领域。
然而，土石坝在长期使用过程中容易发生渗流问题，导致坝体的安全性受到威胁。
因此，对土石坝的渗流安全评价显得十分重要。
本文将从土石坝的渗流机理、渗流评价指标、渗流安全评价方法等方面，对土石坝渗流安全评价进行论述。
土石坝渗流机理主要包括压实渗流机理和渗透渗流机理两个方面。
压实渗流是指土石坝中的水分经过坝体的孔隙空隙进行传导和透过现象。
渗透渗流是指水分通过土石坝中的裂隙和裂缝渗透并流出。
土石坝渗流机理的了解可以为渗流安全评价提供科学依据。
土石坝渗流安全评价的指标可以分为定量指标和定性指标。
定量指标主要包括渗流量、水流速度、渗流压力等参数，定性指标则包括渗流路径、坝体内溶质迁移和岩土结构的稳定性等。
通过对这些指标的评估，可以对土石坝的渗流安全性进行分析。
在土石坝的渗流安全评价中，可以采用传统的计算方法和现代的模拟方法。
传统的计算方法主要包括数学解析法和经验公式法。
数学解析法是根据土石坝的渗流机理，利用数学方程建立渗流模型，通过求解方程得到渗流参数。
经验公式法则是根据大量的实测数据和经验总结出的公式进行计算。
这些方法在渗流安全评价中具有一定的适用性，但对坝体内复杂渗透渗流路径的评价效果较差。
而现代的模拟方法，如有限元方法和数值模拟方法，可以对土石坝的渗流安全性进行全面的分析和评估，有效地解决了传统方法的不足。
除了定量评价指标和评价方法外，渗流安全评价还需要考虑到土石坝的设计参数、施工质量、运行管理等因素的综合影响。
在土石坝的设计中，需要考虑到渗流安全性，并采取相应的防渗措施。
而在施工过程中，需要严格控制土石坝的压实质量和质量控制点，以保证坝体的密实度。
在运行管理中，需要定期检查坝体的渗漏情况，及时采取修复措施，以保证坝体的渗流安全性。
综上所述，土石坝的渗流安全评价是一个综合性的研究课题，需要考虑到渗流机理、评价指标、评价方法、设计参数、施工质量和运行管理等因素的综合影响。
水利工程中土石坝渗透变形的成因及防治
水利工程中土石坝渗透变形的成因及防治摘要：土石坝是水利工程中较为常见的堤坝类型，具有地基适变性强，技术成熟，可就地取材，造价低等优点，在世界水利工程中被广泛采用。
是以土料或土石混合料为主材的典型散粒体结构。
土石坝经过长期运行，由于水文地质变化及蓄水等外力及因素的影响，出现水库病害，其中渗透变形及破坏最为常见，降低了土石坝运行的安全可靠性，缩短水库的使用寿命，水利工程的经济效益与社会效益受到影响。
本文将针对水利工程中土石坝渗透变形病害的成因及防治措施展开研究。
关键词：水利工程；土石坝；渗透变形；成因；防治一、水利工程土石坝渗透变形的主要表现1.流土现象水利工程中的土石坝在水环境的长期渗透力作用下，很容易出现坝体内部的土料整体上浮的情况，上浮的土料容易随着流水而被冲走，造成坝体土料的流失，这就是流土现象。
流土现象是土石坝渗透变形病害的一个重要表现，轻微的流土现象并不会直接对土石坝的结构稳定性及使用安全造成威胁，但当流土体积达到一定程度后，就可能导致坝体内部出现空洞、表面局部隆起，还可能造成坝体表面结构脱落、断裂，严重情况下甚至会出现垮塌、决堤等事故，造成严重安全隐患。
2.接触冲刷现象土石坝建造中所使用的土料或土石混合料在粒径上往往存在差异，水的渗漏作用下形成的渗流，会将接触面的细小颗粒物冲刷带走，这样就会导致坝体内细颗粒土料的流失，这就是接触冲刷现象，是渗透变形病害的又一表现形式。
同时由于渗流的影响是长期存在的，就会将接触面的细小颗粒逐层冲刷带走，造成渗流接触面的破坏程度不断加大，产生坝体裂隙、裂缝等。
同时，被渗流带走细小颗粒可能随着水流移动至其他位置，并再次聚集，这样就会造成坝体的变形，影响坝体结构的整体稳定性，以及堤坝原本设计功能的有效发挥。
3.接触流失现象接触流失与接触冲刷现象类似，同样是在渗流作用下的堤坝病害表现。
接触流失主要是指坝体内不同渗透系数的土层之间，出现层间渗透，使细小颗粒物随渗流进入其他土层。
水利工程中土石坝渗透变形的成因及处理措施
渗流破坏会导致坝体结构破坏、 坝坡失稳、渗漏等问题，严重时 可能导致溃坝等灾害。
坝体稳定性的影响
渗透变形会影响坝体的稳定性，降低 坝体的抗滑能力。
渗透水流会带走坝体中的细小颗粒， 导致坝体结构破坏，进一步影响坝体 的稳定性。
坝体变形的影响
渗透变形会导致坝体变形，包括水平 变形和垂直变形。
水平变形会导致坝体裂缝的产生，垂 直变形则可能导致坝体塌陷。
水利工程中土石坝渗透变形 的成因及处理措施
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目录
• 引言 • 土石坝渗透变形的成因 • 渗透变形对土石坝的影响 • 土石坝渗透变形的处理措施 • 工程实例分析 • 结论与展望
01
引言
水利工程的重要性
保障水资源安全
水利工程是保障国家水资源安全 的重要基础设施，对于防洪、灌 溉、发电、供水等方面具有重要
坝址地质条件
坝址处的地质条件，如地形、地 貌、地质构造等，都会对土石坝 的稳定性产生影响，可能导致坝 体产生渗透变形。
水文地质条件
地下水活动
地下水的活动会对土石坝的稳定性产生重要影响。地下水位的变化、地下水的 流动等都会导致土石坝的渗透变形。
水文地质参数
水文地质参数如渗透系数、给水度等，都会影响土石坝的稳定性，可能导致坝 体产生渗透变形。
结构形式
土石坝的结构形式多样，包括均质坝、心墙坝、斜墙 坝等。
渗透变形对土石坝的影响
渗流破坏
威胁下游安全
渗透变形会导致土石坝的渗流破坏， 使坝体出现裂缝、渗漏等问题，严重 影响坝体的稳定性和安全性。
渗透变形还可能对下游河道造成威胁 ，影响下游居民的生产和生活安全。
降低工程效益
渗透变形会导致水库或水电站的蓄水 能力降低，影响工程的效益和正常运 行。
第三节土石坝的渗流分析
Seepage Flow Analysis of Earth-Rock Dam
1
2019/10/7
第五章 土石坝
概述 土石坝剖面的基本尺寸
土石坝渗流分析
土石坝的稳定计算 土料选择与填土标准确定 土石坝构造 土石坝的地基处理 土石坝与地基、岸坡及其它建筑物连接
表5-8 系数n 表
L0/ 20 5 4 3 2 1 T
n 1.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.8 浸润线5仍按式8 (5-63)计算，此时4 应将7渗流量q
用坝体渗流量q1代替。
y2 H （152- 6）2K q1 x
30
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（2）有截水墙的心墙坝渗流计算
有限透水深度地基的心墙坝，一般可做 成有截水墙的防渗形式（图5-6）。计算 时假设上游坝壳无水头损失（因为坝壳 土料为强透水土石料），心墙上游面的 水位按水库水位确定。因此，只需计算 心墙、截水墙和下游坝壳两部分。
25
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Y A
K O
L'
B
X
2
Y A
K
O
X
L'
B
图5-4 均质土坝渗流计算图
26
(a)有水平排水时；（b）有棱体排水时
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(三)有限深度透水地基土石坝的渗流计算
（1）均质坝 对于透水地基上的均质坝，分析时： 把坝体与坝基分开考虑，即先假设地基为不透 水的，由上述方法计算坝体的渗流量q1和浸润 线（用q1代替q）; 然后再假定坝体为不透水，计算坝基渗流量q2 ， 将 q1 +q2可得坝体和坝基的流量 。
q Ky dy dx
3 土石坝渗流分析
一、概述 二、水力学法 三、流网法 四、渗透变形及防止措施
2020/5/22
1
一、渗流分析概述
分析目的： 检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡 稳定 进行防渗布置与土料配置，根据坝内的渗流参数与 逸出坡降，检验土体的渗流稳定，防止发生管涌和流 土，确定坝体及坝基中防渗体和排水设施。 确定通过坝及两岸的渗流量并设计排水系统的容量
临界坡降指土体中的细粒随着渗流的加剧，由静 止转化为运动状态的坡降，可通过试验和计算确定。
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28
渗透稳定和渗透坡降及土的组成有关，增加抗渗 稳定的工程措施：降低渗透坡降；增加渗流出口处土 体的抗渗能力。
具体有：①增大渗径，降低渗透破坏或截阻渗流； ②设排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗透压 力。在可能发生管涌地段，需设反滤层，拦截细粒； 可能发生流土地段，加设盖重。
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15
（四）有限深透水地基土石坝的渗流计算
1、均质坝的渗流计算
均质坝透水地基深度为T，渗透系数为KT，坝体渗透系数 为k，可将坝体和坝基分开计算。坝体部分按不透水地基计算。
可假定坝体不透水，按下式计算坝基的渗流量：式中n为流线
弯曲对渗径的影响，可查表。
q kT H1T nL0
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21
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22
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23
四、渗透变形及防止措施
1、渗透变形： 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。 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。 2、常见渗透变形的型式：
秦卫星
秦卫星男，1978年7月出生，副教授，硕士导师。
主要从事水利工程专业领域水工结构破损机理及支护加固研究。
在水工结构数值模拟方法及自适应有限单元分析软件研发与应用方面形成了一定研究特色。
作为项目负责人和主研人员完成纵、横向课题7项，在国内外期刊与国际会议上发表论文10多篇，9 篇被SCI、EI 或ISTP 收录。
完成的课题如下：1）西北勘测设计院“水电工程岩石高边坡稳定分析有限元计算软件系统研究”(主研) 2002.12～2004.122）昆明勘测设计院“小湾水电站拱坝虚拟结构诱导缝研究”（主研）2003.12～2004.43）水利部科技创新项目“滑坡灾害评价、预测及防治关键技术研究”(SCX-2003-21)子题：滑坡稳定性影响因素及稳定性分析方法研究(主研) 2004.10～2006.14）成都勘测设计院“溪洛渡水电站拱肩槽开挖边坡稳定与支护加固分析研究”(主研) 2005.2～2005.95）成都勘测设计院“溪洛渡水电站进水口开挖边坡稳定与支护加固分析研究”(主研) 2005.6～2005.116）湖南南津渡水库管理局“南津渡水库工程安全分析研究” (负责人) 2007.10～2008.67）云南滇能迪庆香格里拉水电开发有限公司“香格里拉岗曲河一级水电站厂房后高边坡及调压室安全评价研究”(主研) 2009.4～2009.8发表的主要论文如下：(1)秦卫星,陈胜宏.渗流问题面向对象自适应有限元软件研究和实现[J]. 岩土力学, 2003,24(3):463-466(2)秦卫星,吴俊,陈胜宏.有限元软件和通用图形软件无缝连接的研究和实现[J]. 岩土力学, 2004,25(4):614-618(3)Qin W. X., Chen S. H.. Developing integrated software of adaptive finite element analysis by object-oriented approach[A]. Contribution of Rock Mechanics to the New Century, Proceedings of the ISRM International symposium: Third Asian Rock Mechanics Symposium[C]. Japan: Kyoto, 2004:217-222. (ISTP收录)(4)秦卫星, 陈胜宏, 刘金龙. 不连续化分叉条件及其在边坡稳定分析中的应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2005,24(增1):4912-4916 (EI收录)(5)秦卫星,陈胜宏,陈士军. 有限单元法分析边坡稳定的若干问题研究[J]. 岩土力学, 2006,27(4):586-590 (EI收录)(6)Chen Sheng-hong,Qing Wei-xin,Shahrour Isam. Comparative study of rock slope stability analysis methods for hydropower projects[J]. Mechanics Research Communications, 2007,34:63-68(SCI与EI收录)(7)付成华,秦卫星,陈胜宏,周洪波. 地下洞室岩体力学参数反演软件系统开发与应用[J]. 岩土力学，2007(3):577-581(EI收录)(8)陈胜宏,秦卫星,徐青. 应变局部化带追踪模拟的复合单元方法与应用[J]. 岩石力学与工程学报,2007,26(6):1116-1122(EI收录)(9)秦卫星,陈胜宏,刘金龙,陈尚法. 复合单元法模拟应变局部化的若干关键技术研究[J]. 人民长江，2008,39(2):40-42(10）秦卫星, 陈胜宏,张岳安,熊海华. 应变局部化捕捉的自适应有限单元法[J]. 长沙理工大学学报（自然科学版）,2008,5(1):38-43(11)秦卫星,彭成佳,李桂荣,张岳安. 宝珠寺重力坝超载破坏的改进复合单元法模拟[J].水力发电学报,2008,27(3):28-32 (EI收录)(12)秦卫星, 付成华, 汪卫明, 陈胜宏. 基于子模型法的初始地应力场精细模拟研究[J].岩土工程学报,2008,30(6):930-934 (EI收录)(13)Weixing Qin, Yuean Zhang, Xiaoping Liu, Shenghong Chen. Numerical simulation and safety evaluation on the whole excavation process for right abutment trough slope of Xiluodu Hydropower Project[A]. 2008 Proceedings of Information Technology and Environmental System Sciences[C]. Beijing: Publishing house of electronics industry, 2008(3): 17-21 (ISTP收录)(14）秦卫星,张岳安,强晟,王宜将. 不连续岩体二维复合单元法前处理研究[J]. 长沙理工大学学报（自然科学版）,2009,6(1):44-492 在研项目1）湖南省教育厅“岩质粗粒料振动压实机理颗粒流数值模拟研究” (项目负责人) 2007.1～2009.122）水资源与水电工程科学国家重点实验室开放基金“钢筋混凝土高压岔管区围岩水－岩耦合特性研究”（主研）2009.1～2010.123 指导研究生情况指导硕士研究生三名：张杨（研三），黎峰、张海旭（研一）。
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水工建筑物
土石坝
从齿槽部位接触冲刷角度解释Teton坝溃决：
水工建筑物
土石坝
从水力劈裂角度解释Teton坝溃决： ：
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
三、判定准则（3）
临界比降最新研究：除考虑颗粒组成与级配外，还考虑了土体所 处应力状态
J cr (1 0.5K0 tan ')
Jp=Jcr/ka
ka值:1.5-2；流土危害大 2.0；工程特重要2.5 现行的临界水力比降推求公式： （1）流土型：Jcr=(Gs-1)(1-n) （2）管涌型或过渡型 ：Jcr=2.2(Gs-1)(1-n)2d5/d20 （3）管涌型： Jcr=42d3/(k/n^3 )1/2
2
0.0145 1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0.0080 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000
水力坡降 J
水力坡降 J
水工建筑物
土石坝
四、防范措施
1
设置防渗体
上 堵 下 排
4
2
设置排水沟或减压井
3
设置反滤层
水工建筑物
流 土
单一介质
类 型
管 涌
接触冲刷 多种介质 接触流土
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
渗透变形诱发坝坡塌陷、坝体沉降或形成集中渗流通道，危及大坝安全
水工建筑物
土石坝
三、判定准则（1）
型式判别：细粒土含量、土体密实程度
（1）Pc 与Pk关系：＜，只发生管涌；反之，只发生流土
水工建筑物
第五章
土石坝
第四讲
土石坝的渗流变形及防护
水利工程学院 秦卫星 2014.7
水工建筑物
水工建筑物
土石坝
主要内容
Teton坝溃决
渗流变形
判定准则
防护措施
水工建筑物
土石坝
一、Teton坝溃决——工程概况
最大剖面
岸坡坝段剖面
水工建筑物
土石坝
一、 Teton坝溃决——溃坝过程
10:30 10:50
土石坝
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
水工建筑物
土石坝
0.0185
7
5 4 3
渗透系数k（cm/s）
渗透系数k（cm/s）
0.0180
0.0185
0.0175
2 1
0.0175
1
1点一处出现浑浊 2点有细粒开始跳动 3、4点细粒跳动加剧 5点有其他处出现细粒跳动 6、7点出现大面积管涌
0.0170
1点出现浑浊 2点有细粒开始跳动 3点多处出现细粒跳动 4—6点细粒跳动加剧 7点发生大面积管涌
0.0125 0.0120 0.0115 0.0110 0.0105 0.0100 0.0095 0.0090 0.0085
0.9MPa
点1有一处细粒开始跳动 点2另两处出现细粒跳动 3、4、5细粒跳动越来越剧烈
渗透系数k（cm/s）
8
0.0160
5 4
0.0155
3 2 1
4
5
6
7
1
3
0.0150
0.0165 1.00
0.0165 1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
2.00
3.00
4.00
5.00
水力坡降 J
水力坡降 J
0.0170
渗透系数 k（cm/s）
0.0165
0.6MPa
1点有一处出现细粒跳动 2点细粒跳动多于1点 3—7点细粒跳动不断加剧 8点另外一处也出现了剧 烈的细粒跳动
' (1 K0 tan ') s w w
研制加载式铅直渗透变形仪，进行应力状态相关的渗流变形实验，表明 应力状态对临界水力比降有较大影响
大吨位双杠杆加载仪
加载状态下细粒被带
水工建筑物
土石坝
不同加载状态下K-J关系曲线
0.0190
0.0195Biblioteka 0.1MPa5 6 4 3 2
7
0.3MPa6
（2）Cu>5的不连续级配土，直接用Pc判断类型
（3）双层土的Cu均≤10且D10/d10≤10时，不会发生接触冲刷 （4）渗流向上时，以下情况不会发生接触流土： Cu≤5，D15/d85≤5；或 Cu≤10，D20/d70≤7
单一层土;双层土:重新组织
水工建筑物
土石坝
三、判定准则（2）
判定准则：实际渗流比降J与容许比降Jp大小关系
11:00
11:30
水工建筑物
土石坝
一、 Teton坝溃决——溃坝过程
11:57 12:00
12:00过后
现状
水工建筑物
土石坝
请大家思考：
问题1：为何溃坝？ 问题2：为何溃口在岸坡基岩坝段出现？ 问题3：为何对出水口进行推土封堵无效？
水工建筑物
土石坝
二、渗流变形
原因：渗流力使土体失去平衡