土坝渗流计算和抗滑稳定计算实例分析

土坝渗流计算和抗滑稳定计算实例分析
作者：刘颖
来源：《城市建设理论研究》2013年第39期
【摘要】根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定，土坝计算和分析主要包括渗流计算、渗透稳定计算、稳定计算、应力和变形计算，小（1）型以下的水库主要进行渗流计算、渗透稳定计算、稳定计算，笔者结合设计实例，简要介绍计算过程。

【关键词】碾压式土石坝设计规范渗流计算渗透稳定计算稳定计算
Abstract: According to the "design specification" rolled earth-rock dam calculation and analysis of the provisions of SL274-2001, including calculation of seepage, seepage stability calculation, stability calculation, calculation of stress and deformation, small (1) reservoir below the main seepage, seepage stability calculation, stability calculation, the author combined with design example, introduces calculation process.
Key words: rolled earth dam design; seepage; seepage calculation; stability calculation 中圖分类号：P343.3 文献标识码A 文章编号
1 概述
柳树水库位于吉林省长春市双阳区山河街道办事处柳树村境内的柳树河上游，地理坐标为东经125°40′，北纬43°50′，是一座以防洪灌溉为主，结合养鱼等综合利用的小（Ⅰ）型病险水库。

水库保护下游村屯11个，耕地7500亩。

水库枢纽工程由大坝、泄洪洞组成。

本次设计对大坝重新进行渗流计算和抗滑稳定计算。

2 土坝渗流计算
2.1 坝体渗漏量及渗流稳定分析
根据《柳树水库工程地质勘察报告》，坝体填筑土料组成，坝体渗透系数约为1.02～
1.57×10－5cm/s。

根据本工程实际情况，水库已运行几十年，浸润线早已形成，水库高水位运行的时间很短，浸润线不会抬高。

因此只计算正常高水位271.08m、坝后无水情况的浸润线、渗流量及其渗透稳定。

分析类型：稳定流
计算公式如下：
式中，K1为坝体渗流系数，K2为坝基渗流系数，a0为渗出高度，L1为坝体渗润线水平投影长度，L2为基坝渗径。

计算参数见表1。

坝体渗流稳定计算参数表表1
计算结果，单宽流流量q=0.03m3/d.m。

大坝渗流量计算见表2。

大坝渗流量计算统计表表2
从计算结果看，坝体的正常年渗流量不大，无需做防渗处理。

坝体浸润线方程：
通过计算，稳定渗流期大坝的平均渗透坡降以浸润线平均坡降为最大，i=(271.08-
261.78)/47.4=0.196，小于坝体土允许水力坡降J允许=3，故大坝坝体本身不会发生渗透破坏。

坝体渗透稳定是安全的。

2.2 坝基渗流稳定分析
坝基渗流稳定分析
公式：
式中：
H1、H2—坝上、下游水位（m）
T1、T2—上、下土层厚度（m）
k1、k2—上、下土层渗透系数（m/d）
2b—坝基宽度（m）
渗流稳定计算成果见表3。

坝基渗流稳定分析计算表表3
计算值J出逸=0.85小于允许值2.0，故坝基不存在渗透破坏问题。

坝基渗透系数约为1.02×10－5～5.5×10-2cm/s，局部坝基的渗漏量较大。

考虑到坝基渗透系数较大的土层（级配良好中砾）上粘土层覆盖层较厚（最薄处3m），多年运行中未发现存在渗流稳定问题，故不对坝基进行防渗处理。

3土坝抗滑稳定计算
3.1 稳定分析依据
根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定，采用瑞典圆弧法进行计算。

选取最大坝高处、工程地质条件较差的桩号0+225断面进行计算。

水位：正常蓄水位271.08m，死水位265.23m，坝后按无水考虑。

3.2 计算情况
㈠正常运用情况：
⑴在正常蓄水位下稳定渗流期，下游坝坡稳定情况；
⑵水位在1/3坝高时，上游坝坡稳定情况；
㈡非常运用情况：
⑴水位从校核洪水位骤降至1/3坝高水位时，上游坝坡稳定情况；
⑵由于该区地震烈度为Ⅵ度，根据规范规定，不需对正常运用期遇地震情况进行计算。

大坝结构稳定分析的有关地质参数见表4。

土坝稳定分析采用的有关岩土设计参数表表4
3.3 稳定分析成果
大坝稳定分析计算采用北京理正软件设计研究所《边坡稳定设计软件5.1版》计算程序，采用瑞典圆弧法进行电算，计算成果见表5。

大坝坝坡抗滑稳定分析计算成果表表5
从上述工况的坝坡稳定计算结果看：上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求，不会发生滑动破坏，计算简图见图1～3。

图1 坝前水位位于1/3坝高时上游坝坡稳定分析简图
图20+225断面正常蓄水位稳定渗流期背水坡稳定分析简图
图30+225断面水位骤降期迎水坡稳定分析简图
4 结论
随着电子计算机技术的普及和工程设计软件的广泛应用，土坝的渗流计算和抗滑稳定计算采用工程软件计算，计算过程相对简化，但为了保证计算成果科学合理，公式中的各种参数要合理选用，计算要严格遵循《设计规范》的要求，同时为了避免出现偏差，建议每个大坝至少要选择3个断面进行计算，每个断面按现有断面和设计断面分别计算出安全系数，计算得出的安全系数全部满足规范要求时，即满足工程设计要求。

参考文献：
中华人民共和国行业标准《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）。