远盛水工 土质边坡渗流、稳定分析系统用户手册

土质边坡渗流、稳定分析系统用户使用手册

（V 1.0测试版）

中国水利水电科学研究院

长沙远盛科技有限公司

2013-08

一、功能概述

本系统分为三部分：前处理、核心计算、后处理。目标为：用户能应用该系统对土质边坡渗流、稳定分析项目进行建模，快捷地输入边坡参数、水位、材料信息、震级等各项计算参数；系统半自动、自动进行单元网格划分；系统进行土质边坡或土坝渗流计算，稳定分析；系统自动生成设计报告并批量生成设计成果图。

二、编制原理

1编制依据

（1）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002）

（2）《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）

（3）《堤防工程设计规范》（ GB 50286-98）

（4）《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)

（5）《碾压式土石坝设计规范》（DL/T 5395-2007）

（6）《渗流计算原理及应用》顾慰慈编著中国建材工业出版社 2000.08

（7）《渗流数值计算与程序应用》毛昶熙段祥宝主编河海大学出版社 1999.01

（8）《土质边坡稳定分析--原理.方法.程序》陈祖煜著中国水利水电出版社 2003年

2计算参数采用的单位

该系统中如无特别说明，高程、几何尺寸的单位均为米；力的单位为kN；弯矩单位为kN·m；材料容重的单位为kN/m3；应力的单位为kN/m2。

3坐标系

x轴以水平指向坝体下游为正；y轴以竖直向上为正；转角以x轴正方向为起点，逆时针为正。进行应力、稳定分析时，取坝体纵向单位长度的坝段为计算单元进行分析。

4波浪爬高计算

4.1年最大风速

年最大风速系指水面上空10m高度处10min平均风速的年最大值；对于水面上空z（m）处的风速，应乘以表2.4-1中的修正系数K z后采用。陆地测站的风速，应参照有关资料进行修正。

表2.4-1风速高度修正系数

4.2风区长度（有效吹程）按下列情况确定：

1）当沿风向两侧的水域较宽时，可采用计算点至对岸的直线距离；

2）当沿风向有局部缩窄且缩窄处的宽度b小于12倍计算波长时，可采用5倍b为

风区长度，同时不小于计算点至缩窄处的直线距离；

3）当沿风向两侧的水域较狭窄或水域形状不规则、或有岛屿等障碍物时，可自计算点逆风向做主射线与水域边界相交，然后在主射线两侧每隔7.5°做一条射线，分别与水域边界相交。如图2.4-1所示，记D 0为计算点沿主射线方向至对岸的距离，D i为计算点沿第i条射线至对岸的距离，αi为第i条射线与主射线的夹角，αi=7.5i(一般取i=±1、±2、±3、±4、±5、±6)，同时令α0=0,则等效风区长度D可按下式计算：

（2.4-1）

图2.4-1 等效风区长度计算示意

4.3风区内的水域平均深度

风区内的水域平均深度一般可通过沿风向作出地形剖面图求得，其计算水位应与相应设计状况下的静水位一致。

4.4波浪要素计算

1．宜根据拟建水库的具体条件，按下述三种情况计算波浪要素：

1）平原、滨海地区水库，宜按莆田试验站公式计算：

（2.4-2）

（2.4-3）

式中：hm ——平均波高，m；

Tm ——平均波周期，s；

W ——计算风速，m/s；

D ——风区长度，m；

Hm ——水域平均水深，m；

g ——重力加速度，9.81m/s 2。

2）丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算（适用于库水较深、W＜26.5m/s及D ＜7.5km）：

（2.4-4）

（2.4-5）

式中：

h2%——累积频率为2%的波高，m；

L m——平均波长，m。

3）内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于W＜20m/s及D ＜20km）：

（2.4-6）

（2.4-7）式中：

h——当gD/W2=20～250时，为累积频率5%的波高h 5%；当gD/W2=250～1000时，为累积频率10%的波高h 10%。

2．累积频率为P（%）的波高h p与平均波高的关系可按表2.4-2进行换算。

表2.4-2累积频率为P（%）的波高与平均波高的比值

3．有效波高hs可取累积频率为14%的波高h 14%。

4．风壅水面高度可按下式计算：

（2.4-8）

式中e ——计算点的风壅水面高度，m；

K ——综合摩阻系数，可取K＝3.6×10-6；

W ——设计风速，按计算波浪的风速确定；

D ——风区长度，m；

β——风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，度。

5．设计波浪爬高值应根据工程等级确定，1级、2级和3级坝采用累积频率为1%的爬高值

R 1%，4级和5级坝采用累积频率为5%的爬高值R5%。

6．正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按式2.4-9、式2.4-10或有关规定计算：

1）当m＝1.5～5.0时，可按下式计算：

（2.4-9）

式中：R m——平均波浪爬高，m；

K△——斜坡的糙率及渗透性系数，根据护面类型按表2.4-3确定；

K w——经验系数，根据表2.4-4确定；

2）当m≤1.25时，可按下式计算：

(2.4-10)

式中R0--无风情况下，光滑不透水护面(K△＝1)、h m＝1m时的爬高值(m)，可按表2.4-5确定。

表2.4-3斜坡的糙率及渗透性系数K△

护面类型K△

光滑不透水护面(沥青混凝土) 1.0

混凝土及混凝土板护面0.9

草皮护面0.85～0.90

砌石护面0.75～0.80

抛填两层块石(不透水基础) 0.60～0.65

抛填两层块石(透水基础) 0.50～0.55

四脚空心方块(安放一层) 0.55

四脚锥体(安放二层) 0.40

扭工字块体(安放二层) 0.38

表2.4-4 经验系数K V

V/gd≤1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 ≥5 K V 1 1.02 1.08 1.16 1.22 1.25 1.28 1.30

表2.4-5 R0值

m＝ctga 0 0.5 1.0 1.25 R0 1.24 1.45 2.20 2.50

3）当1.25＜m＜1.5时，可由m＝1.5和m＝1.25的计算值按内插法确定。

7．带有平台的复合斜坡堤(图2.4-2)的波浪爬高，可先确定该断面的折算坡度系数me，再按坡度系数为me的单坡断面确定其爬高。折算坡度系数me可按下列公式计算：

1）当△m＝(m下-m上)＝0，即上下坡度一致时：

(2.4-11)

(2.4-12) 2）当△m＞0，即下坡缓于上坡时：