土石坝渗流分析共27页文档
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。
第四节 土石坝的渗流分析
第四节土石坝的渗流分析
一、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游水位差的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动。
图6-13 渗流示意图
二、渗流分析的目的：
（1）确定坝体内浸润线的位置；
（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；
（4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。
三、渗流基本方程
土坝渗流为层流，因此满足达西定律(Darcy’s Law), 渗流区内任一点势函数应满足拉普拉斯方程：
k x, k y——分别为x, y方向的渗透系数
对于简单的边界条件，上述方程能解，复杂边界条件，需借助数值方法。
四、渗流的水力学问题
假设: 均质, 层流, 稳定渐变流.
应用达西定律，并假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等，对不透水地基上的矩形土体，流过断面上的平均流速为：
单宽流量：
图6-14 不透水地基上矩形土体的渗流计算图
自上游向下游积分：
自上游向区域中某点（x,y）积分，得浸润线方程：
图6-15 土坝浸润线示意图五、流网法
图6-16 流网的绘制。
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
5.3 土石坝的渗流分析
至使它们构成的网格符合要求，使之成为扭曲正方形。
◎三、流网法
• 流网绘制示意图
◎三、流网法
• （四）流网的应用
1、渗透坡降与渗透流速：在图中任取一网格i，两等势
线相距为ΔLi，两流线间相距为ΔMi，水头差为ΔH/n ， 则该网格的平均渗透坡降为： n Ji Li nLi 通过该网格两流线间（流带）的平均渗透流速为：
◎四、土石坝的渗透变形形式及判别
• （一）渗透变形形式
管涌
◎四、土石坝的渗透变形形式及判别
• （四）有限深透水地基上土石坝渗流计算
3、带截水槽的心墙坝 心墙、截水槽段：取平均厚度δ进行计算。若心墙 后的浸润线的高度为h，可推导出通过心墙、截水 槽的渗流量为：
( H 1 T ) 2 (h T ) 2 q1 K e 2 通过心墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为 2 h2 H 2 h H2 q2 K KT T 2L L 0.44T 根据连续条件q1=q2，联立求解得h，进而求得q。
能用于某些边界条件较为简单的情况，水力学法计算简 易,精度可满足工程要求,得到了广泛的应用。
流网法能求渗流场内任一点渗流要素,并具有一定的精度,
但在渗流场内土体渗透系数差别较大的情况下较难应用。
电模拟法用电流场模拟渗流场，从而测定渗流流网。 数值法（有限元法）可计算不稳定渗流和较复杂的渗流
m1 L H1 1 2m1
式中：m1为上游坝坡坡率；H1为坝前水深。
◎二、水力学法
• （三）不透水地基上均质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况
（1）坝身矩形渗流区段的渗流量：
H12 ( H 2 a0 ) 2 q1 K 2 L
土石坝渗流分析
4.渗透变形的防止措施 防止渗透变形的工程措施集中体现为降低渗透坡 降及增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。 设置水平或垂直的防渗体，降低渗透坡降。 设置排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗压。 设反滤层或加盖重
2 2
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
斜墙坝的渗流计算
dξ
dz y
A
H1 M
ke he L
2 2 2
k
B x
H1 h e z 0 q Ke 通过斜墙的渗流量为： 2 sin
2
he H 2 通过下游坝壳的渗流量为： q k 2L
2
联立心墙段和下游段求解q及he 浸润线方程： 2qx k(he y )
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
均质坝的渗流计算
下游无排水设施
y
E
A dx dy B’
m1 H 1 L 2m1 1
H1
a0
H2 x
M
o △L
L
B” N
坝身段：
dy u k J k dx
dy q k y dx
qdx kydy
分别对x和y积分，即从EO断面到任意断面有： k x y 2 2 qx H y 1 0 qdx H kydy 2
42d 3 J cr k 3 n
2.流土
在渗流的作用下，土从坝体或坝基表面被掀起浮动的现象 流土多发生在粘性土和较均匀的非粘性土体渗流出口处。 发生流土的临界坡降
J cr (Gs 1)(1 n)
容许渗透坡降
3.接触冲刷
J cr [J ] K
当渗流沿两种不同的土层接触面流动时，沿层 面夹带细小颗粒流失的现象，一般发生在两层 级配不同的土料中。
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。
THANKS
感谢观看
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。
论土石坝的渗漏处理
水利工程技术管理——论土石坝的渗漏处理班级：工管A112班姓名：许发珍学号：2011116113目录土石坝的渗漏处理................................................... - 1 - 一、土石坝渗漏的途径及其危害...................................... - 1 - (一）损失蓄水量.................................................... - 1 - （二）抬高浸润线................................................... - 1 - （三）渗透破坏..................................................... - 1 - 二、坝身渗漏的处理措施............................................. - 2 - (一）斜墙法........................................................ - 2 - （二）充填式灌浆法................................................. - 3 - （三）防渗墙法..................................................... - 3 - （四）劈裂灌浆法................................................... - 3 - （五）导渗法....................................................... - 4 - 三、坝基渗漏的处理措施............................................. - 4 - （一）黏土截水槽................................................... - 4 - （二）混凝土防渗墙................................................. - 4 - （三）灌浆帷幕..................................................... - 4 - （四)砂浆板桩...................................................... - 5 - （五）高压定向喷射灌浆............................................. - 5 - （六）黏土铺盖..................................................... - 5 - （七）排渗沟....................................................... - 5 - （八）减压井....................................................... - 5 - （九）透水盖重..................................................... - 5 - （十）垂直铺塑防渗................................................. - 6 - 四、总结（心得、体会）............................................. - 6 -土石坝的渗漏处理由于土石坝属于散粒结构，在坝身土粒之间，仍然存在着较大的孔隙，再加之土石坝对地基地质条件的的要求相对较低，在土基或较差的岩基上均可筑坝。
讲座-5-3土石坝的渗流分析学习文档
• 求解找到势函数：H=f(x,y,z)和与势函数共轭 的流函数：q=ψ(x，y，z)
• 则可求解出渗流区域内任一点的渗流要素：H （渗透水头）、J（渗透坡降）、v（流速）。
• 但由于土石坝的边界条件复杂性，对实际工程 不容易找出一个势函数：H=f(x，y，z)和与H 共轭的流函数：q=ψ(x，y，z)的解析式。
• 在稳定渗流情况下，流线表示水质点的运动路 线；等势线表示势能或水头的等值线，即每一 根等势线上的测压管水位都是齐平的，不同等 势线间的差值表示从高势位向低势位流动的趋 势。
• 等势线和流线互相正交。
• 上游水位下的坝坡和库底以及下游水位下的坝 坡和库底均为等势线，总水头等于坝上、下游 的水位差。
• 土石坝中渗流流速 v和坡降J的一般假定符合 达西定律，即β=1。
• 细粒的粘土、砂土料基本满足达西定律。
• 粗粒的砾石、卵石料近似满足达西定律。
• 堆石体、岩体裂隙中的渗流，遵循不同的渗流 规律，应作专门研究。
• （3）土石坝土料的各向渗流特性 • 当坝体为均质材料，则各向渗透系数相同，即
Kx＝Ky＝Kz。 • 当坝体为非均质材料，则各向渗透系数不同，
土石坝的渗流分析与渗流控制
• 3.1 渗流分析的目的 • 3.2 土石坝中渗流特性 • 3.3 渗流分析的方法 • 3.4 渗流计算的水力学法 • 3.5 渗透变形及防止措施
渗流分析的目的
• 渗流分析的内容是： • ①确定坝体浸润线的位置。 • ②确定渗流要素，如渗流流速与渗透坡降。 • ③确定通过坝体和坝基的渗流量。
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
土坝的渗流问题分析
土坝的渗流问题分析及其控制措施和监测技术前言：渗透破坏是土石坝坝体的常见病害,设计一套可靠的渗流监测系统是保证土石坝坝体安全运行的必备措施。
土石坝浸润线位置的高低是影响坝体渗透稳定和抗滑稳定的最重要的因素之一。
对于土石坝渗透水溢出点的渗透坡降较陡时,坝坡就会发生流土、管涌,甚至滑坡、垮坝。
科学地对土石坝进行渗透监测,为水库安全运行、坝体安全稳定提供科学依据。
摘要: 土坝破坏来源于水和其它外力的侵袭以及土体强度的不足,其中渗流产生的坝体破坏占有较大比例,且造成的后果极为严重。
通过土石坝产生渗流破坏的现象分析,掌握其发展规律,利用地质勘探合理确定的边界条件,有针对性地选择土石坝的渗流控制设计方案。
关键词:土坝渗流破坏基本内容控制措施渗流问题的重要性防渗加固渗透破坏渗流监测渗流监测布设技术在水利工程中,地表水的冲刷破坏常会引人注意,也比较容易发现和挽救，而地下水的冲刷目不能见,常被忽视,有时问题一经发现,会立即导致工程的破坏,难以补救。
因此，一般水利工程受地下水渗流冲刷破坏者常比地表水冲刷破坏者为多,而堤坝渗流的问题更为严重。
据米德布鲁克斯调查统计美国206座破坏的土坝中,由于渗漏管涌破坏者占39%,由于漫顶破坏者占27%,由于滑动及沉陷裂缝者占18%,由于反滤料流失、块石护坡下没有滤层、坝端处理不好、波浪和地震等原因破坏者占17%,由此可见渗流破坏作用的严重性。
我国在20世纪90年代初的统计资料,全国存在渗漏问题比较严重的大型水库有132座,遍及各省,其中土石坝渗漏的就有106座,约占80%。
1.土坝的渗流破坏土石坝破坏来源于水和其它外力的侵袭以及土体强度的不足。
原因不同,发生的现象也有不同，除去坝端三向浇渗破坏和漫顶溢流垮坝者外,从土坝剖面上看，问题主要如图1：图1所示几种状况,并且分别说明如下:①图a是砂层地基的承压水顶穿表层弱透水粉质壤土或淤泥的薄弱环节,发生局部集中渗流形成流土泉涌现象,并继而向地基的上游发展成连通的管道。
土石坝渗流分析。共27页文档
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
3 土石坝渗流分析
L y2 he2 x 2he
09.03.2021
11
抛物线通过E(x=0,y=H1),代入可得
L H12 he2 2he
he L2H12 L
代入流量公式，可得单宽流量：
qk(H12 He2) 2L
对1、2级坝和高坝应采用数值法计算确定渗流场各因素， 其它可采用公式计算。
岸边的绕坝渗流和高山峡谷的高土石坝应按叁维渗流用 数值法计算。
09，有浸润面，可视为稳定层
流，满足达西定律，简化为平面问题。水位急降时产生不
稳定流，需考虑浸润面随时间变化对坝坡稳定的影响。
09.03.2021
19
三、流网法
复杂剖面和边界条件，用计算方法求解土石坝浸润 线比较困难，且不准确。流网法可求出渗流区任一点的 渗透压力、坡降、流速及渗流量。 流网的概念：
渗流场：渗流运动的水质点所充满的空间． 流 线：水质点运动的轨迹． 等势线：渗流场中势能相等的各点连线 流 网：流线与等势线组成的网格
专题（四） 文化建设
3 土石坝渗流分析
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
09.03.2021
达西定律：
vx kxJkx
连续条件：
H x
vy
kyJky
H y
vx vy 0 x y
二维渗流方程： kx 2xH2 ky 2yH2 0