土石坝渗流分析
用水力学法进行土石坝渗流分析时注意事项
用水力学法进行土石坝渗流分析时注意事项水力学法是一种用于土石坝渗流分析的重要方法，能够揭示坝体渗流问题的性质和规律。
在进行土石坝渗流分析时，需要注意以下几个方面：首先，在进行水力学分析之前，需要对土石坝的地质和水文地质条件进行全面的调查和研究。
通过分析岩土体的物理力学性质，确定土石坝的渗透系数，侧向渗流系数等基本参数，用以建立渗流模型并进行计算。
其次，在进行渗流模型的建立过程中，需要合理选择渗流方程和边界条件。
常用的渗流方程有达西-利奥斯(Darcy-Law)方程和理想渗流方程。
根据实际情况和问题要求，选择合适的渗流方程进行计算，并根据需求确定边界条件，如坝体上、下游水位，引水渠道、分水沟的水位等。
然后，在进行水力学模拟计算时，需要合理选择适当的计算方法和计算精度。
常用的计算方法有有限差分法、有限元法、边界元法等。
在选择计算方法时，要根据地质条件、水力条件和问题要求等因素综合考虑，确保计算结果的准确性和可靠性。
此外，要合理选择计算时间步长和计算范围，并进行合理的边界处理。
时间步长的选择要考虑到计算结果的精度要求和计算效率，一般要保持稳定性和收敛性。
计算范围的选择要根据实际情况，包括坝体和周围地质条件的研究结果，确定渗流范围并进行合理的边界处理。
最后，在进行计算之后，需要对计算结果进行合理的分析和评价。
要对渗流规律、渗流通道和水位变化等进行分析，并与实际情况对比，评估分析结果的可靠性和适用性。
同时，要对渗流问题的可能影响和风险进行合理预测和评估，为工程设计和运维提供科学依据。
综上所述，用水力学法进行土石坝渗流分析时，需要注意地质条件和水文地质的调查研究，合理选择渗流方程和边界条件，合理选择计算方法和计算精度，合理选择计算时间步长和计算范围，并进行合理的边界处理，最后对计算结果进行分析和评价。
这些注意事项能够保证土石坝渗流分析的准确性和可靠性，为工程建设和运维提供科学支撑。
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。
土石坝渗流安全评价(三篇)
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。
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。
土石坝渗流分析
he L ( H1 t ) L
2 2
k[ H he t ] q 2L
2 1 2
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（二）心墙坝的渗流计算 心墙土料的渗透系数很小，比坝壳小10E4倍以上，可不 考虑上游楔形体降落水头的作用。下游坝壳的浸润线也较平 缓，水头主要在心墙部位损失。下游有排水时，可假定浸润 线的出逸点为下游水位与堆石内坡的交点A。 将心墙简化为等厚的矩形，δ ＝（δ 1+δ 2)/2,则可求通 过心墙段的单宽流量q1和心墙下游坝壳的单宽流量q2，联立 求得心墙后浸润线高度h和q
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流网的画法： 浸润线和不透水地基的表面都是流线；上下游水下 边坡都是等势线；下游边坡出逸点至下游水位既是等势 线又是流线。出逸段和浸润线上各点压力均为大气压力。 根据经验初拟浸润线位置及出逸点，然后将上、下游落 差等分，等分的水平线与浸润线的交点即为等势线与浸 润线的交点，由交点绘制与等势线，一端垂直浸润线， 一端垂直于地基表面，然后绘制流线，反复修正。
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土石坝的渗流为无压渗流，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。 达西定律：
H v x k x J k x x 连续条件： vx v y 0 x y
H v y k y J k y y
下游有排水时可假定浸润线的出逸点为下游水位与堆石内坡的交点a2则可求通过心墙段的单宽流量q1和心墙下游坝壳的单宽流量q2联立求得心墙后浸润线高度h和q20204415三斜墙坝的渗流计算将斜墙简化为等厚的矩形则可求通过斜墙的单宽流量q20204416四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k坝体渗透系数为k可将坝体和坝基分开计算
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。
土石坝坝基渗漏原因及其处理措施
土石坝坝基渗漏原因及其处理措施土石坝坝基渗漏的原因包括：
缺少必要的防渗措施。
截水槽未与不透水层相连接。
截水槽填筑质量不好或尺寸不够而破坏。
铺盖长度不够。
铺盖厚度较薄被渗水击穿。
水库运用不当，库水位降落太低，以致河滩台地上部分黏土铺盖暴晒裂缝而失去防渗作用。
因导渗沟、减压井养护不良，淤塞失效，致使覆盖层被渗流顶穿形成管涌或使下游逐渐沼泽化等。
土石坝坝基渗漏的处理措施可归纳为“上堵下排”，包括垂直防渗和水平防渗两种防渗措施，冲抓套井回填防渗墙措施、灌浆帷幕、防渗墙等，以及导渗沟和减压井等导渗措施。
第三节-土石坝的渗流分析
第三节 土石坝的渗流分析一、渗流分析的目的1) 确定浸润线的位置； 2) 确定坝体和坝基的渗流量； 3) 确定渗流逸出区的渗透坡降。
二、渗流分析方法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、水力学方法水力学方法基本假定: 均质, 层流, 稳定渐变流。
1）渗流计算的基本公式图4－19表示一不透水地基上的矩形土体，土体渗透系数为k ，应用达西定律和假定，全断面内的平均流速v 等于：dxdykv -= （4-8） 设单宽渗流量为q ，则：dx dykyvy q -== （4-9）将上式分离变量后，从上游面（x=0，y=H 1）至下游面（x=L ，y=H 2）积分，得：L kqH H 22221=- 即： LH H k q 2)(2221-= （4-10）若将式（5-9）积分限改为：x 由0至x ，y 由H 1至y ，则得浸润线方程：xy H k q 2)(221-=即： x kqH y 221-= （4-11） 2）水力学法渗流计算用水力学法进行土坝渗流分析时，关键是掌握两点：一是分段，根据筑坝材料、坝体结构及渗流特征，把复杂的土坝形状通过分段，划分为几段简单的形状。
二是连续，渗流经上游面渗入、下游面渗出，通过坝体各段渗流量相等。
以此建立各段渗流之间的联系。
一、不透水地基上土坝的渗流计算 （一）均质土坝的渗流计算1．下游有水而无排水设备或有贴坡排水的情况如图4－20所示，可将土石坝剖面分为三段，即：上游三角形段AMF 、中间段AFB″B′以及下游三角形B″B′N。
根据流体力学原理和电模拟试验结果，可将上游三角形段AMF 用宽度为△L 的矩形来代替，这一矩形EAFO 和三角形AMF 渗过同样的流量q ，消耗同样的水头。
△L 值可用下式计算： 11121H m m L +=∆ （4-12）式中：m 1为上游边坡系数，如为变坡可采用平均值。
于是可将上游三角形和中间段合成一段EO B″B′,根据式(4-10），可求出通过坝身段的渗流量为：L H a H k q '+-=2])([220211 （4-13）式中：a 0 为浸润线逸出点距离下游水面的高度；H 2 为下游水深；L '为EO B″B′的底宽，见图5-20。
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
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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。
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。
第七章渗流分析
6.6.1渗流分析说明渗流分析的目的在于：①土中饱和程度不同，土料的抗剪强度等力学特性也相应地发生变化，渗流分析将为土石坝中各部分土的饱水状态的划分提供依据；②检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡稳定；③进行坝体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，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施；④确定通过坝和河岸的渗水量损失，并计算排水系统的容量。
依据《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001 )中8.1.2，渗流计算应包括以下水位组合情况：①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；②上游设计洪水位与下游相应的水位；③上游校核洪水位与下游相应的水位；④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况；6.6.2渗流分析计算积石峡库区周边均为不透水岩层，封闭条件良好，因此渗流分析计算模型为不透水地基均质坝。
对均质坝在不透水地基上，有排水设备的情况, 不考虑均质坝上游坝壳料部分对渗流的影响。
对棱体排水，浸润线逸出部分如图所示。
y 「在一单宽渗流量和均质坝下游坡渗流水深h可由下面两式联立解除:2 2q k[H i -(H2 h o)]一2L'h o 二L'2 (H i -出)2 -L'式中k——坝体的渗透系数，cm/s，其中k=0.45x 10 cm/s ；H——坝前水深，mH――坝后水深，mH——棱体前水深，mL ‘——透水区域，m。
1. 正常蓄水位时的渗流分析上游水位为1856m下游相应水位假设为1791m则上游水深H1 =1856-1782=74m,下游水深H2 =1791-1782=11m.L L —1—H174 = 30.83m1+2g 1+2 汉2.5L =(1865.07 -1856) 2.5 13 (1865.07 -1798)2.5 -(1798 -1791) 1 =196.35mL^L L L =42.59 169.59 = 227.18m代入式h0二• L'2(巴-H2)2 -L'2 2k[H1 ~(H^h0)]ho=14.85m,代入式2L' ,k=0.45x10 -6cm/s渗流量为：q=5.1x10 -8—/S,带入浸润线方程：将渗流曲线坐标值列入下表中表6.6.2-1正常蓄水位渗流曲线坐标值2. 设计洪水位时的渗流分析上游水位为1858.22m,下游相应水位假设为1793m则上游水深H, =1858.22-1782=76m,下游水深H2=1793-1782=11m.|_ L ―1— H1 —76 = 31.7 m1+2m 1+2沢2.5L =(1865.07 -1858.55) 2.5 13 (1865.07 -1798)2.5 -(1798 -1793) 1 =198.35mL^L L L =31.7 198.35 = 230.02m代入式h。
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
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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。
第三节土石坝的渗流分析
q
q1
q2
K
h2 e
H2 2
2L
KT
he H 2 nL
T
根据流量连续，联解以上两式可求得 q 和 he
32
2024/8/2
3、设有截水墙的斜墙坝渗流计算
把斜墙和截水墙与下游坝体和坝基分别进行计算。 并取斜墙和截水墙的平均厚度为δe、δ，则通过 斜墙、截水墙的渗流量可按下式计算:
q Ke
H2 1
4
2024/8/2
渗流分析方法
（3）数值解法
渗流计算的数值解法一般采用有限单元法。有 限单元法是目前解决复杂渗流问题的最有效方 法，对I、II级坝和高坝应采用数值法计算渗流 场的要素。
（4）流网法
用手工绘制流网，利用流网求解平面渗流问题 的水力要素，也可用来解决较复杂的边界问题。
5
2024/8/2
L0/T 20 5 4 3 2 1 n 1.15 1.18 1.23 1.3 1.44 1.87
浸润线仍按式(5-6)计算，此时应将渗流量q
用坝体渗流量q1代替。
y 2 H（152 -6）2Kq1 x
29
2024/8/2
（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。
坝体、坝q基2 的K单T 宽(H渗1 n流LH0(总d2 ))量T q为：
q
q1
q2
K
H2 1
H2 2
2L
(5K-1T 4(H)
1
H nL0
2
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l1 l2
l3
ln
q1
q2
q3
1
Q 2 q1l1 q1 q2 l2 qn2 qn1 ln1 qnln
三、土石坝的渗透变形及其防止措施
土料在渗透水流的作用下，由于机械或化学作用，使土体产 生渗透变形，产生渗透破坏。
最常见的渗透变形有三种，分别是管涌和流土和接触冲刷。
1.管涌
设反滤层或加盖重
本节完
Jcr (Gs 1)(1 n)
容许渗透坡降
3.接触冲刷
[J] Jcr 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。
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。
T
(H1 H2 )T L 0.44T
2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算
有截水槽的心墙坝渗流计算
通过心墙和截水墙渗流量：
q
ke
(H1
T)2 (he 2
T)2
通过下游坝壳和透水地基的渗流量：
q
k
h
2 e
H
2 2
2L
kT
he H2 L 0.44T
T
联立求解q及 he
2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算
Ke
H12 he2 2
通过下游坝壳的渗流量为：
q
k
he
2
H22 2L
联立心墙段和下游段求解q及he
浸润线方程： 2qx k(he2 y2 )
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
斜墙坝的渗流计算
yA
dξ
H dz 1
ke
k
he
M
L
通过斜墙的渗流量为q：
Ke
H
2 1
he2
2 sin
z02
通过下游坝壳的渗流量为：
一、渗流分析方法
解析法 流网法
流体力学法 水力学法 试验法 有限单元法
水力学法求解土石坝的渗流问题的基本假定
坝体土是均质的，坝内各点在各方向
上的渗透系数相同；
渗透水流为二元稳定流，属于层流运
动，符合达西定律；
渗透水流是渐变流，过水断面上各点
的坡降和流速是常数。
二、渗流计算类型
1. 不透水地基上土石坝的渗流计算
q
k
he
2
H22 2L
联立心墙段和下游段求解q及he
浸润线方程： 2qx k(he2 y2 )
B x
2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算
均质坝
坝体与坝基分开考虑，即先假设地基为不透水的， 计算坝体的渗流量; 然后再假定坝体为不透水，计算坝基渗流量。坝体 和坝基的流量。
q
k
H12
H
2 2
2L
k
A
H
1
ke he
k
B
L
L
T
n
q q
KT
H1 he n(Ln m1he
)
k he2 H22 k 2(L m1he )
T
he T n(L
联立求解q及 hHe2 T
m1he )
3. 总渗流量的计算
根据坝址地形和透水层厚度情况以及坝体结构，
沿坝轴线方向将坝体分成若干坝段，计算通过坝
体和坝基的总渗流量。
x
dy
a0
H2
dq
2
k
a0 m2y
dy
y
q2
q q1 q2
k a0 H2 a0 dy
a0
m2y
q2
k
a0 m2
ln a0
H2 a0
联立坝身段和下游段求解q及a0，浸润线由浸润线方程确定 并做修正。
下游为褥垫排水
y
EA
H
1
Mo L
y2 h02 2Lh0 2h0x
B h0 D CNx
h0/
均质坝的渗流计算
✓ 下游无排水设施
✓ 下游为褥垫式排水
✓ 下游为堆石棱体排水
心墙坝的渗流计算
斜墙坝的渗流计算
2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算
均质坝
有截水槽的心墙坝渗流计算
有截水槽的斜墙坝渗流计算
有水平铺盖的斜墙坝渗流计算
3. 总渗流量的计算
next
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
2qx k(H12 y 2 )
浸润线方程
代入边界条件可得坝身渗流量：
q k H12 (a0 H2 )2 2 L m2 a0 H2
下游楔形体渗流量计算
x
下游水位以上q1
dy
a0
下游水位以下q2
H2
y dq 1 k m2y dy
q1
k a0 dy 0 m2
y
q1
k
a0 m2
坝体或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象。 管涌多发生在非粘性土中。 管涌的发生和土体的临界坡降有关。
临界坡降
Jcr
42 d 3 k
n3
土料的容许渗透坡降为
[J] Jcr K
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
均质坝的渗流计算
下游无排水设施
y
EA
H
1
Mo △L
d x dy L
L m1H1 2m1 1
B’
a0
H2
B” N
x
坝身段：
u k J k dy dx
q k dy y dx
qdx kydy
分别对x和y积分，即从EO断面到任意断面有：
x
qdx
y kydy
0
H1
qx k 2
H12 y2
有截水槽的斜墙坝渗流计算
通过斜墙和截水墙渗流量：
q ke
H12
he2
z
2 0
2e sin
ke
H1 he
T
通过下游坝壳和透水地基的渗流量：
q
k
he2
H
2 2
2L
kT
he H2 T L 0.44T
联立求解q及 he
2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算
有水平铺盖的斜墙坝渗流计算
以坝体浸润线起始为界分为上、下游两段分析。
浸润2线方程
h0
L2 H12 2L q k H12 h02 2L
下游为棱体排水
y
EA
H
1
h0 B
Mo
DC x
L
h0/
h0 L2 (H12 H22 ) L
2
q
k
H
2 1
(h0
H2
)2
2L
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
心墙坝的渗流计算
y A
H
1
k
ke he
B
M
δ
L
பைடு நூலகம்
x
通过心墙的渗流量为：q