基于非饱和渗流理论的土石坝渗流分析
土石坝渗流破坏类型分析及防治措施
土石坝渗流破坏类型分析及防治措施摘要：根据国内外大量失事大坝资料证实，由渗透破坏引起的事故占到四成以上。
因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。
本文对土石坝渗流破坏机理进行分析及总结出防治方法措施关键词：土石坝渗流破坏防治措施土石坝是应用最广的挡水建筑物，用散粒材料填筑在不同的坝基上，挡水后上下游的水头差引起了水通过坝体、坝基及两岸坡向下游渗流。
由于勘测设计不当、施工质量不良和管理运行不当以及渗流、地震等，使土石坝及其坝基发生缺陷病害，甚至垮坝失事。
重要的病害有渗流破坏、滑坡、裂缝、地震震害和液化及其他病害。
针对这些病害必须采取选用这种或那种坝体和坝基加固技术，以保证土石坝的安全及其水库的正常运用。
根据国内外大量失事大坝资料证实，由渗透破坏引起的事故占到四成以上。
因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。
一、土石坝渗流破坏类型坝体渗漏浸润线从坝坡逸出将导致坝坡湿润或沼泽化:这种现象一般发生在均质坝或混合土料坝型中，过高的浸润面增加了滑坡的可能性，同时由于渗流的长期作用和气温及降雨的影响，坝坡土体的抗剪强度减小，局部渗透破坏，导致滑塌的可能性加大。
下游坝面出现集中渗漏;坝体在分层填筑时土层较厚，施工机械的功率不足，致使每层填土上部不密实，局部疏松，形成水平集中渗漏带，有的坝由于施工组织落后，特别是大规模的人工填筑施工，采用分段包干的填筑方法，土层厚薄不一，上升速度不一致，致使相临两段的接合部位出现了少压或漏压的松土带。
坝体裂缝渗漏:坝体开裂是形成坝体隐蔽渗漏的原因之一，由于心墙或斜墙后坝壳一般是强透水的土料，通过裂缝的集中渗漏将在坝壳中扩散，因而难以发现集中渗漏区，根据坝壳浸润面观测成果也难以判断渗漏的存在。
2、坝后地面渗漏土石坝外坡坝后地面出现砂沸、砂环、泉涌、管涌或沼泽化是经常遇到的渗漏现象，其成因与地层的构造及未能采取有效的渗流控制有关。
对表层透水性较小的粉细砂、淤泥或壤土，其下为强透水的砂砾石或砂层地基，若坝后没有采取排水减压措施(减压井、减压沟)或有排水设施，但是由于这种地层的渗流出逸坡降较大，当出逸坡降大于表层土的临界坡降时，坝后地面即出现砂沸等破坏现象。
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。
土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流
土石坝有限元分析（ANSYS）－渗流分析命令流土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置，直到满足精度要求。
本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。
第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。
! -10.00 -4.0E+00! -9.00 -3.6E+00! -8.00 -3.2E+00! -7.00 -2.8E+00! -6.00 -2.4E+00! -5.00 -2.0E+00! -4.00 -1.6E+00! -3.00 -1.2E+00! -2.00 -8.0E-01! -1.00 -4.0E-01! 0.00 0.0E+00!土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。
上游水深8M，下游无水。
FINISH/CLEAR/TITLE, EARTHDAM SEEPAGE/FILNAME,SEEPAGE5/PLOPTS,DATE,0*DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组*TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组*DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号/PREP7SMRT,OFFANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSISET,1,PLANE55MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时K,1,24,12K,2,24,0K,3,0,0K,4,28,12K,5,28,0K,6,52,0L,1,3L,1,2L,4,5L,5,6L,4,6LESIZE,ALL,,,24A,1,3,2A,1,2,5,4A,4,5,6MSHK,2 ! MAPPED AREA MESH IF POSSIBLEMSHA,0,2D ! USING QUADSAMESH,ALL ! MESH AREASNUMMRG,NODE ! MERGE NODES AT BOTTOM OF CAISSON*GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX ! 获得最大节点号*GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX ! 获得最大单元号*DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX ! 定义节点温度变量-总水头*DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX ! 定义节点压力水头变量!定义上游面总水头值LSEL,S,LINE,,1NSLL,S,1NSEL,R,LOC,Y,0,8D,ALL,TEMP,8 !定义上游面总水头值!定义下游面总水头值LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1*GET,N_NUM2,NODE,,COUNT*DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中II=II+1N_NO2(II)=I ! 存储渗流可能逸出点节点编号*ENDIF*ENDDONSEL,R,LOC,Y,0,8 ! 第一次计算，假设浸润线逸出点在8M高位置,与上游同高*GET,N_NUM,NODE,,COUNT ! 获得渗流出口节点总数*DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM ! 定义变量,存储渗流出口节点编号II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中N_NO(II)=I ! 存储渗流出口节点编号*ENDIF*ENDDO*DO,I,1,N_NUMD,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) ! 定义下游面总水头值*ENDDOALLSEL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH!第一次计算完毕!------------------------------------------------------------------------- !迭代计算CONUTT=20 ! 最大循环次数DD_HEAT=0.001 ! 前后两次计算，总水头最大允许计算差CHUK_ST=3 ! 出口边界条件重新设定的起始点CHUK_MAXY2=10E5 ! 临时变量，用于存储浸润线出口坐标*DO,COM_NUM,1,CONUTTDD_H=0/POST1SET,1*DO,I,1,N_MAX*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THENDD1=N_TEMP(I)*IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THENDD_H=ABS(DD1-TEMP(I))*ENDIF*ENDIFN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点温度（总水头）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标*ENDDO*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN*IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN*EXIT*ENDIF*ENDIF/PREP7! 重新给每个单元设定材料MATNUM=2*DO,I,1,E_MAX*DO,KK,1,4*GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK ! 获取单元四个节点编号*ENDDOTEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3))+N_TEMP(NCON (4)))/4 !计算单元中心点平均温度RESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I)*IF,PRESS_T,GT,0,THENRESS_T=0MPCHG,1,I*ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THENRESS_T=-10MPCHG,2,I*ELSEMP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T)MPCHG,MATNUM+1,IMATNUM=MATNUM+1*ENDIF*ENDDO! 重新设定出口边界条件*IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN !前CHUK_ST次采用原边界条件LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1DDELE,ALL,TEMP ! 删除原边界条件II=0CHUK_MAXY=0*DO,JJ,1,N_NUM2*IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEND,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) ! 总水头=Y坐标*IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THENCHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ))*ENDIF*ENDIF*ENDDO*IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN ! 判断前后两次计算的浸润线出口位置是否相同NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY ! 选择最高节点*IF,CHUK_MAXY,GT,0,THENDDELE,ALL,TEMP ! 删除出口最高节点边界条件*ENDIFCHUK_MAXY2=CHUK_MAXY*ENDIF*ENDIFALLSEL,ALLFINI/SOLUSOLVEFINISH*ENDDOSAVE!迭代计算完毕，进入后处理FINISH/POST1/CLABEL,,1/EDGE,,0/CONTOUR,,8,0,1,8PLNSOL,TEMP ! 显示总水头云图PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL FSUM,HEAT ! 计算渗流量*GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEATALLSEL,ALLSAVE*DO,I,1,N_MAXN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点总水头（温度）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) ! 将压力水头值复制到节点*ENDDOPLNSOL,TEMP ! 显示压力水头云图FINI。
水位骤变下土石坝非稳定渗流及稳定分析
水位骤变下土石坝非稳定渗流及稳定分析作者：李子阳马福恒张湛胡江张磊来源：《人民黄河》2019年第01期摘要：以库水位骤变全过程为分析工况，基于非稳定渗流理论，考虑渗透系数与基质吸力之间的非线性关系，研究了典型土石坝工程的非稳定渗流场变化规律和渗透稳定性，并对坝坡瞬态抗滑稳定系数进行了计算。
结果表明：水位骤变过程中，坝体处于非稳定渗流状态，浸润线呈突起弯曲状并不断变化，且水位变化速率越快，弯曲越明显;水位骤升阶段，非稳定渗流场等势线整体向上游偏移，对应大坝典型部位的渗透坡降明显大于该水位时稳定渗流场的，且水位上升速率越大，渗透坡降越大，超过允许渗透坡降时可能发生渗透破坏;上游坝坡在非稳定渗流阶段的瞬态稳定安全系数变化较大，水位升高对其稳定有利，水位骤降超静孔隙水压力来不及消散，形成反向渗流，坝坡稳定性降低明显，且水位下降速率越大，稳定性越低。
关键词：水位骤变;土石坝;非稳定渗流;瞬态稳定中图分类号：TV641.2文献标志码：Adoi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.01.024近年来受全球气候变化影响，区域性极端气候事件频发，旱涝灾害发生的强度与频率不断增加。
如受强厄尔尼诺影响.2016年汛期多地短时强降雨显著增加，尤其是北方干旱地区多处遭遇历史罕见降雨。
对于水库而言，旱涝灾害和旱涝急转带来库水位的快速变化，库水骤升的快速浸水和库水骤降的反渗流作用极易导致坝体渗透破坏和坝坡失稳[1]。
旱涝灾害条件下，坝前水位处于较快变化状态，坝坡内外水分的相互补给使坝内渗流场不断变化，呈现出明显非饱和非稳定渗流特征[2]。
当库水位骤降时，坝内孑L隙水压力不能很快消散，在渗透力的作用下上游坝坡呈下滑趋势，对上游坝坡稳定不利，约600/0的水库滑坡发生在库水位骤降期。
已有研究[3-8]针对库水位骤降情况下土石坝渗流、稳定性的较多，主要基于非饱和渗流理论分析坝坡稳定性，获取坝坡稳定安全系数与库水下降速度、渗透系数之间的关系等。
非饱和渗流分析方法
非饱和渗流分析方法
非饱和渗流分析是一种实际应用十分广泛的土壤水文学分析方法，它是采用Richards方
程分析非饱和状态下的水份与气压以及土壤参数的短时间动态变化的过程，以应对非常多
的现实情况，比如暴雨、流域建设、水资源利用以及土壤污染等，为解决问题提供有用信息。
非饱和渗流分析是一种常见用于水文学研究的建模方法，并在更具体的研究中也有过应用。
它结合使用Richards方程来探究和分析土壤水份的动态变化过程以及其影响因素，这对
于理解和掌握各种现象的本质非常重要。
除此之外，该方法也可以模拟各种细节，例如不
同土层的变化、地下水的移动、渗漏的水量等。
此外，非饱和渗流分析也可以用来预测指定区域水源的变化，这在水资源及建设规划中具
有重要意义。
预测结果根据具体地质条件不同，可区分出可能的详细分布，有助于更有效、更精确地管理水资源和水文工程建设。
非饱和渗流分析是综合性的水文学研究方法，是多学科融合的典范。
它可以帮助我们了解
不同土壤条件下水分的变化特征，从而更好地评估水的保留和调节能力，为科学管理水资
源提供合理的建议。
考虑饱和一非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算
和渗流计算结果的土石坝单宽渗流量为 8.380×10-4 m3/d·m，而考虑饱和-非饱和渗流计算结果的土石坝 单宽渗流量为 12.113×10-4 m3/d·m。故考虑饱和-非 饱和渗流计算结果得出的渗流量相较于考虑饱和渗 流计算得出的渗流量要大。
考虑饱和-非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算
张守仁 （安徽省地质实验研究所 ，安徽 合肥 230000）
安徽建筑
岩土工程与地基基础
摘 要：以某土石坝为研究对象，依托 Geo-studio 软件的渗流 计算和边坡稳定性计算模块，文章比较了仅考虑饱和渗流与考 虑饱和-非饱和渗流两种状态下土石坝坝体的渗流和稳定性 计算结果差异。计算结果显示，考虑饱和-非饱和渗流状态下 的土石坝浸润线位置较仅考虑饱和渗流状态下的要高，单宽渗 流量更大；与此同时，坝坡稳定性计算结果显示考虑饱和-非 饱和渗流状态下的土石坝稳定性系数较仅考虑饱和渗流状态 下的低。 关键词：土石坝；饱和-非饱和渗流；稳定性计算 中图分类号：TU441+.35 文献标志码：B 文章编号：1007-7359（2019）09-0196-03 DOI：10.16330/ki.1007-7359.2019.09.077
据工程资料建立了数值网格模型。模型共有 6780 个 节点，6846 个单元，网格模型图及材料分类如图 1 所 示。
土石坝施工简单，地质条件要求低，造价便宜，因 此是水利工程建设中一种重要的坝形[1]。在水库运行 期，土石坝的渗流场实际上是饱和渗流场与非饱和渗 流场的统一结合体 。 [2-4] 然而在目前常规的渗流分析 中，往往只考虑了坝体在饱和渗流状态下的渗流和稳 定性计算情况，并运用该结果来指导土石坝的施工。 然而这与坝体的实际渗流场分布不相符，应用该结果 来指导实践必将出现偏差，不利于施工安全。因此， 开展土石坝在饱和-非饱和渗流状态下的渗流计算和 稳定性计算是极有必要的。
水利工程土石坝工程渗漏原因及施工中的渗流控制措施
水利工程土石坝工程渗漏原因及施工中的渗流控制措施摘要：水利工程中，土石坝是常见的工程项目，在施工过程中土坝及地基中的渗流，由于其机械或化学作用，可能使土体产生局部破坏，称为“渗透破坏”，严重的渗透破坏可能导致工程失事，因此必须加以控制本文就针对土石坝的渗流进行分析，并给出了防治措施。
关键词：土石坝；渗流；控制理论土石坝是目前水利工程建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。
与其他坝型相比较，无论从经济方面还是从施工方面，土石坝具有绝对的优势，据不完全统计，中国土石坝数量占到大坝总数的 93%。
但土石坝建设最大的病害即是渗漏，如何控制和预防渗漏是土石坝工程建设中最主要的工作之一。
1．土石坝工程渗漏的常见类型及原因分析1.1 土石坝坝体渗漏的原因随着水利工程的大力开发建设，工程的质量问题时有发生，特别是水库、坝体的渗漏问题，在洪水来临之时无法形成很好的挡护，给人们的生命和财产安全带来了很大的危害。
坝体渗漏，因坝身防渗体裂缝或者坝体施工质量等问题形成渗漏的集中通道，从而形成管涌，渗水逸出点或逸出面通常出现在下游坝坡和坝脚。
引起坝体渗漏产生的主要原因有：一是坝体单薄或土料透水性大；二是筑坝质量差，如铺碾压不实或漏压、土过厚、粘土心墙或斜墙层面结合不好等；三是反滤设施质量差，未按设计要求铺设反滤层，土石混合坝未设过渡层；四是坝后反滤排水体高度不够；五是坝下涵管、埋管的外壁与土体结合部回填不密实，涵洞未做截流环；六是坝体不均匀沉降引起的横向或水平裂缝，可能引起坝体集中渗透破坏。
1.2 土石坝坝基渗漏的原因坝基渗漏通常是由于强透水性的坝基处理不当，或坝基未作防渗处理，或坝基防渗设施失效而产生的。
引起坝基渗漏产生的主要原因有：一是缺少合理的防渗措施，在砂卵石基础上坝前未做铺盖，或铺盖长度及厚度不够、质量不好被水压击穿，或者对强透水基础，坝体与坝基部位未做截水槽、截水墙；二是库内粘土铺盖下未设反滤层，渗水压力破坏了铺盖；三是坝基清理不彻底，在进行坝基施工前未按相关规定把坝基清理干净，部分杂草、树根残留，严重影响了层面之间的贴合度，所以导致渗水发生；四是水库管理问题：由于非法施工和人为原因造成了水库天然铺盖的破坏，导致坝基渗水。
土石坝渗流分析范文
土石坝渗流分析范文土石坝是一种以土石材料为主要构建材料的坝体结构。
在水库工程中，土石坝是常见且重要的一种坝型。
为了确保土石坝的安全运行，需要对其渗流特性进行研究和分析。
本文将介绍土石坝的渗流分析方法和关键因素，并提出一些改进建议。
渗流是流体通过孔隙介质的过程，土石坝的渗流问题是指水从坝底或坝体渗透、穿透到坝体下游的行为。
对这种渗流行为进行分析，可以帮助我们了解土石坝内部水流的路径、速度和压力变化等重要参数，从而为工程设计提供依据。
需要注意的是，土石坝的渗流行为与坝体的材料性质、坝体结构、坝中水流条件以及渗透压力等多个因素有关。
因此，在进行渗流分析时需要考虑以下几个关键因素：1.材料性质：土石坝的渗透性主要取决于其材料的孔隙性质和渗透系数。
通常情况下，通过实验测定的材料渗透系数可用于渗流模型分析。
2.坝体结构：土石坝的结构类型可以分为心墙坝、重力坝和填料坝等。
不同结构类型的渗流行为有所不同。
在渗流分析中需要对坝体结构进行合理的几何划分和边界条件设定。
3.坝中水流条件：坝中水流条件是指坝体内部的水流强度和流动路径。
一般来说，坝底渗流和坝体侧面渗流是土石坝内渗流的两个重要方面。
基于以上关键因素，我们可以采用一些常见的渗流分析方法进行土石坝的渗流分析。
其中，渗流模型和数值模拟是两种常用的方法。
渗流模型是一种基于物理实验的方法，通过构建一个与土石坝实际情况相似的实验模型，来观察和分析渗流行为。
这种方法可以控制实验条件、减小模型尺寸和保持模型的相似比，从而提供直观的渗流过程和参数变化。
但是，渗流模型方法的缺点是成本较高且实验周期较长。
数值模拟方法是一种基于计算机软件的数值计算方法，通过建立数值模型和模拟土石坝渗流过程来研究和分析渗流行为。
这种方法可以模拟复杂的物理现象，通过不同的数值模型和参数设定，准确的预测渗流过程和关键参数变化。
这种方法的优点是计算速度快且成本低廉，可以方便地进行不同条件下的敏感性分析和优化设计。
非饱和土体渗流参数研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｓｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ Ｕｎ ｓ ａ ｔ ｕｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｏ ｉ ｌ
１ ｓ ｔ Ｏ ｐ ｔ 数据分析处理软件分别对 土 一水特征 曲线及 非饱 和渗透 系数 曲线进 行数据 拟合 及修 正 ， 结 果表
明： 拟合相关系数满足精度要求 ， 运用相应拟合结果进行 非饱 和土体 渗流计算 是合 理可行 的 ， 其 拟合结
果 可用于非饱和土 的渗流计算 。
关键词 ： 非饱和 土 ； 渗流参数 ； 土 一水特征曲线 ； 数据拟合
ｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｓ ｏ ｉ ｌ － ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ａ ｎｄ ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｈ ｔ Ｆｒ ｅ ｄ ｌ ｕ ｎ ｄ ｍａ ｈｅ ｔ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｎｄ ａ ＶＧ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ １ ．Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｆ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｆ ｕ ｌ ｆ ｉ ｌ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ，Ｓ Ｏ ｉ ｔ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓｏ ａ ｎ ｂｌ ａ ｅ ｎｄ ａ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｉｔ ｆ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｔ ｏ ｄ ｏ ｈｅ ｔ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ －
第三节土石坝的渗流分析
第三节土石坝的渗流分析土石坝是一种常见的水工结构，用于拦截水流，形成水库储存水资源。
而土石坝在水库的稳定性和安全性方面的最关键问题之一就是渗流问题。
土石坝的渗流分析是为了确定渗流路径和渗流量，从而评估土石坝的稳定性。
土石坝渗流分析的基本理论是达西定律和渗流理论。
根据这两个理论，土石坝的渗流规律可以用渗流方程描述：Q=K×A×i其中，Q是坝体中的渗流量，K是渗透系数，A是渗透面积，i是渗透坡度。
渗透系数是描述土体渗透性质的重要参数，可以通过实验或采样测试得到。
渗透面积是指单位时间内的水流面积，可以通过计算得到。
渗透坡度是指单位长度内的水头差，可以通过坝体的水头测量得到。
土石坝的渗流分析可分为两种情况：一种是均匀渗流情况，另一种是非均匀渗流情况。
对于均匀渗流情况，可以通过渗透方程计算渗流量。
首先需要确定渗透系数，可以采用实验数据或经验公式计算。
然后确定渗透面积和渗透坡度，可以通过坝体的几何和水头测量来计算。
最后代入渗透方程计算出渗流量。
对于非均匀渗流情况，渗流路径复杂，需要进行更详细的分析。
可以采用有限元或有限差分等数值方法进行渗流分析。
首先需要建立坝体的几何模型，包括土石的分层结构、渗透性质等。
然后根据渗透方程和边界条件进行数值计算，得到各点的水头和渗流量分布。
通过分析水头和渗流量的分布，可以评估渗流路径和渗流量，为土石坝的稳定性和安全性评估提供依据。
总之，土石坝的渗流分析是土石坝设计和安全评估的重要内容。
通过理论分析和数值计算，可以得到土石坝的渗流路径和渗流量，评估土石坝的稳定性和安全性，为工程设计和运行提供科学依据。
同时，渗流分析还可以指导渗流控制和排水措施的设计，提高土石坝的渗流性能。
浅谈水库工程土石坝施工中的渗流问题与解决对策
流 问题 进 行 ห้องสมุดไป่ตู้ 讨 ， 提 出相 应 的解 决 对 策 ， 以 此来 保 证 工 程 质 量 。 关键词 ： 土石坝 渗流 水 库 工程
程 处于 深 覆 盖层 上 的 时候 ， 由于 基 础 处理 的 工程 量 较 大 ，
从 而不 可预 见 的 因素更 多。 第 二 ， 为 了控 制施工 工期 的季 土石 坝 是历 史最 为悠 久 的一 种坝 型 ， 目前仍 然被 广 泛 节性 ， 应 当 充 分掌 握 当地 的地质 情 况 以及 水 文 气 象资 料 。 应用 ， 发展 的态 势也 是最 快 的。 我 国土石 坝 数量 占到 大坝 土 石坝在 施 工 中受 到水 文气 象 的影 响很大 ： 雨期 由于 土料 总数 的 ９ ３ ％， 优 势 非 常 明显 。 土石 坝很 依 赖 当地 的 资源 ， 的含水 量 较 高 ， 施 工 的强 度 就会 受 到严 重 的干扰 ； 在 冬季 就地 取 材 ， 充 分利 用 当地 材 料 ， 例如土料、 石 料和 混 合 料 ， 如 果 不采 取 一定 的措 施 土料 就会 容易 上 冻 ，无 法 进行 填 通 过抛 填 、 碾压 等 方式筑 成大 坝。关于 土石 坝 的分类 ， 主 要 筑， 并 且 冬 雨季施 工 虽然 投入 大 ， 但 是 产 出却 很 小。 因此 ， 有 以下 几 种 ： 土 石 坝按 照材 料 可 以分 为 土坝 、 堆 石坝 以及 必 须采 取 针 对性 的措 施应 对 冬 雨期 施 工 。 对于 土 石坝 工 土 石 混合 坝 。 土石 坝 按 照施 工 方法 的 不 同可 以分 为碾 压 程 一般 不 允 许 漫项 过 流 ， 因此 ， 在 截流 后 应 当加 快 施 工 以 式、 充 填式 、 水 中填 土坝 以及定 向爆 破堆 石坝 等。土石 坝具 在汛 前将 坝体 的全 断面 或度 汛小 断面 填筑 至拦 洪度 汛 ， 这 有 节 约 运 输 成 本、 结构 简 单 便于 改造 、 适应 变 形 的 良 好性 就导 致填 筑坝 体 的施 工工 期相 对 紧张 。 在 月平均 气 温 Ｏ ℃ 能、 施工 工序 较 少等优 点。但 是 土石 坝还 具 有坝 身一 般 不 以下北 方 的 冬 季 施工 时 ， 开挖工程、 混凝 土 工 程 、 灌 浆工 能溢 流 、 填 筑 粘 性土 料 受气候 影 响大 以及 施 工导 流 不如 混 程 以及 填 筑 工程 由于 受 到河 流 、 土 层 冻结 的影 响 ， 为 了安 凝 土坝 方便 等缺 点 。 全度 汛 并 按期 达 到 拦 河 高程 ，必须 提 高 月填 筑 强 度 。第 由于 土 石坝 施工 建 设 的最 大 危害 就是 渗 流 ，因 此 ， 在 三， 保证 工程 所 用料 场开 采土 以及 石料 的质 量。 所有 进场 土 石坝 工 程建 设 的时候 首 先应 当考虑 如 何 控 制 以 及预 防 的材 料 一 定 要进 行 复查 ， 不 合格 的材 料严 禁 进场 ， 严 禁使 渗 流 的 问题 。 用， 同时做 好料 场 复查 和 储 量计 算 ， 以免造 成 材 料 短缺 而 土石坝 是 由土料 和砂 砾组 成 的 ， 这些材 料 组 成 了的散 窝工 或材 料过 度 囤积 而浪 费 。对于 土 石坝来 讲 ， 料场 起着 粒 体 结构 从 而存 在 大量 的孔 隙 ， 这就 造成 了 土石坝 本 身具 至 关 重要 的 重 要 ，更 是影 口 向 大坝 能否 顺利 填 筑 的薄 弱环 有 一定 的透水 性 。 当水库 蓄水 后 就形 成 了一定 的水压 力 ， 节。 通过 多 年 的工 程 时 间 ， 与 坝址 的勘 探程 度相 比料场 的 水 就 会在 水压 力 的作 用 下顺着 孔 隙渗 向下 游 ， 从 而导 致坝 地质 勘探 远远 不 足 ， 仅 仅通 过 地形 勘察 或探 洞 对填筑 较大 身、 坝基 还 有绕 坝 的渗 漏。 的堆 石料 进 行地质 描 述 是不 够 的 ， 这样 就会 容 易与 招标 文 能够 控 制 在 一定 范 围 之 内 的 正 常渗 流 是 不 会 对 大坝 件 形 成较 大 的 出入 而 不 能 够 保 证 大坝 填 筑 级 配 的质 量 。 产 生破 坏 力 的 ， 但 是 异常 的渗 流 就具 有一 定 的渗 透破 坏 能 第四， 填筑 施 工 的 关键 是 如何 确 定 一个 合理 的坝 面 分 区 ， 力 。 溃坝 是 渗透 对大 坝造 成 的最 直接 也是 最严 重 的后果 。 较 大 的土 石 坝体 型 为 坝面 的分 区流 水作 业提 供 了必 要 的 因此， 确 保土 石坝 安 全 的一项 重 要 的措施 就 是将 坝体 以及 场 面 。在 填 筑工 序 上 土 石坝 工程 一般 分 为辅 料 、 摊铺、 洒 坝 基 的渗流 控 制在 正 常范 围内。 渗 流基 础理 论 的实施 措施 水、 压实、 质 检 等工 作 。 防 渗土 料 的施 工在 坝 面 分 区 的流 就 是 渗流 的控 制 技术 ， 通 常 的渗 流控 制技 术包 括 ： 反 滤坝 、 水作业中， 划 分填 筑 区域和 流 水作 业应 当根 据填 筑 需要 以 灌浆、 坝体 和 坝基 的密度 加 固、 土 工合 成材 料加 固、 土 石坝 及 实际 情况 进行 合理 的划分 ， 同时还要 根据 采 用机械 设 备 坝 体 灌注 粘 土浆加 固、 土 石坝 坝 坡 滑动破 坏加 固以及 防 渗 和填 筑 的情 况进 行调 整 。 对采 用平 起 填 筑 与 临 时断 面填 墙、 坝体 坝 基加 固技 术 等。 筑 的土石 坝 工程 ， 不 可 为一味 减 少临 时断面 填筑 量 而影 响 产生 异 常渗流 的原 因如下 ： 第一 ， 由于 层 间 系数过 大 、 大 型机 械 的 正 常施 工 ， 必须 要确 保 填筑 质 量 。第 五 ， 在 实 施 工 时存 在错 断 混层 现 象 以及 填 土 不 密 实等 原 因造 成 反 际 施工 中 主要采 用 土石 坝坝体 灌 注粘 土 浆 的加 固技 术 ， 通 滤 层被 破坏 而 失效 。 如 果前 面所讲 的防渗体 破 裂或 出现 渗 过 灌浆 设 计 以及 采 用 灌 浆工 艺 等确 定 并 采用 坝 体 以及坝 漏通道时 ， 只 要 反 滤层 仍 旧工作 正 常 ， 仍１ 日不 会造 成 渗 漏 基 的加 固技 术。 破 坏 的进 一步 扩大 。 第二， 由于在 开挖 截水 槽 时 ， 防 渗体 没 由于 渗流 对 土 石坝 的危害 极 大 ， 因此， 在 施 工 的过 程 有 直 达基 岩 或底 部没 有连 续 可靠 的粘 土层 ， 经常 由于 施工 中一 定 要加 强对 渗流 量 的控 制 ， 确 保土 石坝 施工 的安 全 以 困难 而半途 而废 ， 从 而埋 下 了隐 患。 第三， 土石坝 的两 岸 岸 及质 量。 在 技 术 方面进行 控制 的 同时还 要加强 施工 的管理 坡 呈现 台阶状 ， 坡 度应 尽 量 平缓 ， 在 上下 两 坡 度 转 折 处 的 工作 ， 以确 保 土石坝 的施 工质 量。 坡 角差 应控 制在 １ ５ 。～ ２ Ｏ 。 以 内以减 少开挖 量。 如 果在平 参考文献 ： 台与 两端 的填 土 高度 相差 太 大就 会产 生 陷量 突 变 ， 从 而产 【 １ 】 徐学孔． 土 石 坝 渗 流 及 应 对 施 工 技 术 探析 【 Ｊ 】 ＿ 水 科 学 与 工 程 技 生 裂缝 而导 致 渗透破 坏０ 术， ２ ０ １ ３ （ ０ １ ） ． 土石 坝 施 工过 程 中如 何 有效 地 控 制 渗流 ： 第一 ， 做 好 【 ２ 】 陈伟 ， 袁 畎雯． 水库土 石坝 防渗流及加 固设计技术【 Ｊ Ｉ ＿ 中国新 基 础 处理 很 关键 。对 大型 的土 石坝 进 行填 筑 施工 以 前 ， 一 技 术 新 产 品 ， ２ ０ １ ０ （ ０ ９ ） ． 般 都 需要采 用 一定 的 方法 对地 基 进行 综合 处理 ， 如 采 用防
堆石坝(土石坝)膜防渗设计概述
堆石坝（土石坝）膜防渗设计概述一、堆石坝（土石坝）膜防渗技术进展我国应用土工膜作为水库大坝防渗主体兴起于20世纪80年代，此前一二十年主要用于大坝防渗加固工程。
80年代至90年代上半期，土工膜以PVC膜为主，其后以PE膜为主。
PE膜具有质轻、幅宽、单价低的优势，但厚度大于1mm以上的呈板状，较难适应复杂运行与复杂施工条件。
与我国同样兴起于20世纪80年代、设计与建造已达到国际先进水平的混凝土面板堆石坝和碾压混凝土坝筑坝技术不同，由于国际专利保护、缺乏系统深入的国际技术交流以及国内技术研发滞后，我国土工膜防渗大坝筑坝技术在硬、软环境相对不甚完备的条件下摸索实践、持续前行。
（一）应用原理研究尽管我国对库坝防渗膜的应用机理研究尚未达到系统的程度，但长期以来一直从未停顿。
从20世纪80年代开始，一些研究机构和学者除了对防渗膜的物理力学性能进行测试研究外，对应用原理也开展了较为深入的研究。
1.阶段性梳理、总结20世纪80年代，结合长江三峡工程围堰的前期研究，一些研究机构和学者对当时国外土工膜防渗大坝的应用及其基本原理进行了较为系统的梳理和归纳[1-3]，为我国水库大坝土工膜防渗工程兴起提供了应用理论基础；1994年出版了《土工合成材料应用手册》，其中关于库坝土工膜防渗工程，从理论到实践均较为贴切地反映了当时的实际技术水平[4]，2000年又增添新内容后再版[5]；21世纪初，对国内经过了近20年发展的库坝土工膜防渗工程技术进行了梳理和总结[6-7]，发挥了承前启后的作用；2015年综述了国内外高面膜堆石坝工程技术发展，对关键技术问题进行归纳、提炼，为国内高面膜堆石坝发展提供支持[8]。
2.土工膜材料特性研究20世纪80年代，结合长江三峡工程围堰的前期研究，对高强度的加筋合成橡胶类土工膜的物理力学性能开展试验研究[9]；90年代，我国土工膜的品种趋多，复合土工膜（塑料类）应用普遍，一些研究机构对不同膜型的物理力学特性及其与不同接触材料的界面特性进行了试验，取得较多测试成果[10，5]；1993年由试验获知，由于膜与织物的变形模量及特征延伸率不同，两者的复合牢固度表现出完全不同的性能，当牢固度适当时就表现出拉伸变形的“蝉脱壳”效应，即复合膜最终获得纯膜的极限伸长率，十分适合施工期和运行期不同受力变形需求[11]，且有利于现场拼接、修补时的织物与膜的分离；1998年试验研究表明，复合土工膜中布和膜的复合紧密程度对其力学特性有显著的影响，其中对拉伸特性影响最大，顶破特性次之，而对梯形撕裂强度的影响较小；复合土工膜中膜的变形率对复合土工膜的抗液胀性能产生正相关影响，而膜的强度和厚度的相关性很小[12]。
强透水地基上土石坝非饱和渗流数值分析
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水深 ， 防止辐射 井将 下游原有地 下水排走 ， 造成地下水 向上游倒 流； 采 用非饱和渗 流模 型 同时反映 了饱 和 区与非饱 和 区 渗流情况 ， 较 为符合 工程 的实际情 况。 关 键 词 ：辐射 井 ；集水廊道 ；土石坝 ；渗 流 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — １ ３ ７ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ３ ８ 中图分类号 ：Ｔ Ｖ １ ３ ９ ． １ ４
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。
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。
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为渗流计 算 的饱 和 区 域 。而 由于 土壤 中存 在 空 隙 ， “ 毛细管 作用 ” 使得 自由面 以上 的 区域也 存 在 渗 流 ，
中图分类号 ： Ｔ Ｖ１ ３ ９ ． １ ４ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ５ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ８ ７— ０ ５ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３—１ ５ ９ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ２ ２
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｔ ｐ ｒ ｅ ｓ — ｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ — ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｕ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｉ ｌ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ｍ．Ｉ ｎ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｍ ｉ ｓ ｔ ｏ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ — ｒ ｏ ｃ ｋ ｉ ｆ ｌ ｌ ｄ ａ ｍ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ — ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ．Ｔ ｒ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｐ ｅ ｒ ｕ ｎ ｉ ｔ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｉ ｌ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ — ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ｒ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｅ ａ ｔ ｒ ｈ — ｒ ｏ ｃ ｋ ｆ ｉ ｌ ｌ ｄ ａ ｍ ｗａ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ．Ｉ ｒ ｔ ｍａ ｄ ｅ ｕ ｐ ｅ ｖ ｅ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｓ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ｒ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｉ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｍｏ ｒ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｙ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｌ ｅ ａ ｄ ｔ ｏ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｓ ｏ ｍｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ． Ｈｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｙ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｐ ｈ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ｍ ａ ｎ ｄ ｄ ｏ ｗ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｉｖ ｒ ｅ ｒ ｂ ｅ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍ．Ｉ ｔ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｗｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｈ ｅ ｌ ｐ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ － ｓ ｌ ｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｆ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ； ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ — ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ； ｅ ａ ｒ ｔ ｈ — ｒ ｏ ｃ ｋ ｆ ｉ Ｕ ｄ ａ ｍ； ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｌ ｌ ｅ ｙ ｒ
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西华大学学报 ・自然科学版
１ 非饱 和 渗 流基 本 原 理 ４ ］
在饱 和 渗 流 理 论 中 ， 对于饱和土壤 ， 水 的重 力 和压力 引起 土壤 中水 分 的 转 移 ， 自 由面 以下 的 区域
（
）＋ （ ， ）＝ ０
（ ４
由以上 式子 可知 非饱 和土 的渗透 系数 ｋ是关 于
流 来计算 ， 其 结 果 与 实 际 差 别 较 大 。此 外 ， 以往 的 研究 主要 是关 于 防渗 结 构 对 渗 流 场影 响 Ｊ ， 在 考 虑 非饱 和 区且 设 有 排 渗 系 统 对 水 库 渗 流影 响 的 研 究仍 存 在 不 足 。 为此 ， 本文结 合工程实 际， 并 基 于
第３ ２卷第 ５期
Ｖｏ １ ． ３ ２， Ｎｏ ． ５
西 华 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘｉ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ・ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
２ ０ １ ３年 ９月
渗流分析方法 ， 对设有集水廊道 的土石 坝渗流进行研究 。结果表 明： 土壤 非饱 和区的存在 导致大坝单 宽流量增 大 ，
浸润线抬升 ； 考虑 非饱和渗流 的影 响研究 渗流问题更 符合工程实际情况 ， 弥补 了饱 和渗 流研 究存在 的不足 ， 丰富 了 已有 的渗流研究成果 ； 此外 ， 采用设 置集水廊道的排水措施能够有效地 降低坝 内和下游河床 浸润线 ， 减少下游 浸没 区范围 ， 有利于 大坝 整体 抗滑稳定和后期安全运行 。 关键词 ： 渗 流分 析 ； 非饱 和渗 流理论 ； 土石坝 ； 集水廊道
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｅａ ｒ ｔ ｈ－ ｒ ｏ ｃ ｋ Ｆｉ ｌ ｌ Ｄａ ｍｓ Ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ Ｃｏ ｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｕｎｓ ａ ｔ ｕｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｓｏ ｉ ｌ ｓ
Ｓ ｅ ｐ ．２ ０ １ ３
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能 源与 环境 ・
基 于 非 饱 和 渗 流 理 论 的 土 石 坝 渗 流 分 析
刘 晓庆 ， 施 浩 然
（ 西华大学能源与环境学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ ９ ）
摘
要： 针对考虑土壤非饱和 区且设有 排渗系统对水库渗流影响研究不足 的问题 ， 结 合工程实 际 ， 采用 非饱和
非饱 和渗 流理 论 ， 对 具 有 排 水 系 统 的 土石 坝 渗 流 展 开研 究 ， 研 究成 果 对 于 土 石 坝 的土 的非 饱 和特 性 对 渗 流 的 影 响 ， 直 接 按饱 和 渗
有 效 防护 以及 预测 坝下 浸 害均具 有重 要 意义 。
区地 下水 主要 为第 四系孔 隙潜 水 ， 含 水 层 为 粉 细砂 层， 属强 透 水 层 。库 区 下 部 属 强 透 水 层 ， 主 要 地 质 材料 为粗 细砂 ， 在局 部 区域有 角砾及 中砂 分布 。 ２ ． １ 计 算模型 计算 模 型所 选 剖 面 为大 坝 的最 大横 剖 面 ， 坝 顶
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ — １ ５
基金项 目： 西华大学校重点科研启动基金 （ Ｚ １ １ ２ ０ ４ １ ２ ） ； 西华大学 流体及动力机械省部共建教育部重点实验室学术 成果培育项 目（ Ｓ Ｂ Ｚ ＤＰ Ｙ
一
１ １—１ ０ ） 。
作者简介 ： 刘晓庆（ １ ９ ８ ０一） ， 男， 讲师 ， 博士 ， 主要研究方 向为水安全监控及健康诊断。
形 成非饱 和 区 。以总水 头 ｈ作 为 未知量 的非 饱和 土
和 土渗流 场 。
渗 流 的基本 微分方 程 为
（ ｈ ）＝ ）＋ ０（ ｋＯ
ｙ
２ 工程 实例
某水 库大 坝 为 碾压 式 均 质 土 坝 ＿ ６ 一 ， 一 期 工 程
Ｏ ｔ
（ １ ）
设计 总库 容 １ ５ ６ ０万 ｍ ， 设 计水 位 高程 １ １ ４ ５ ｍ， 坝 顶 高程 １ １ ４ ７ Ｉ Ｔ Ｉ ， 最大坝高为 Ｉ ４ ． ５ ｍ， 坝 轴 线 总 长 ４ １ ９ ９ ｍ。库 区 出露 的地 层 岩性 为壤 土 、 粉质黏土、 粉细砂 、 角砾 以第 四系上 更 新 统及 全 新 统 为 主 。库