2土坝渗流计算

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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。

渗流稳定计算

赤峰市红山区城郊乡防洪工程5.6稳定计算5.6.1渗流及渗透稳定计算1）渗流分析的目的（1）确定堤身浸润线及下游逸出点位置，以便核算堤坡稳定。

（2）估算堤身、堤基的渗透量。

（3）求出局部渗流坡降，验算发生渗透变形的可能。

概括以上分析，对初步拟定的土堤剖面进行修改，最后确定土堤剖面及主渗，排水设备的型式及尺寸。

2）渗流分析计算的原则（1）土堤渗流分析计算断面应具有代表性。

（2）土堤渗流计算应严格按照《堤防工程设计规范》（GB50286-981）第8.1.2条及本规范附录E的有关规定执行。

3）渗流分析计算的内容（1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点位置，逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降。

（2）当堤身、堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗流量。

（3）设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位。

4）堤防渗流分析计算的水位组合（1）临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。

（2）临水侧为设计洪水位，背水侧无水。

（3）洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况。

5）渗透计算方法堤防渗流分析计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E3的透水堤基均质土堤渗流计算即——渗流问题的水力学解法。

6）土堤渗流分析计算计算锡泊河左岸（0-468）横断面，堤高 5.05米（P=2%），半支箭左岸（0+302.25）横断面，堤高6.46米（P=2%），该两段堤防均属于 2级堤防，堤防渗流计算断面采用1个断面计算即可。

采用《堤防工程设计规范》中透水堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式：TH L TH H D 88.0m k q q 11210++-+=）（（E.3.1）H m m b 121+-+=）（H H L （E2.1-3） 11112m m H L +=∆ （E2.1-4）当K ≤k 0时h 0=a+H 2=q÷⎭⎬⎫⎩⎨⎧+++⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++∙T H a m T K H a m H m m K 44.0)(5.0)5.0()5.0(122022222+H 2 ……………（E.3.2-2）对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定X=k·T '0q h y -+k '222q h y - ……………（E.3.2-6）式中：q'= ）（0211120211m 2m 2k h m H L h H -++-+0211010m k h m H L h H T -+-（E.3.2-7）k ——堤身渗透系数； k 0——堤基渗透系数； H 1——水位到坝脚的距离（m ）； H 2——下游水位（m ）； H ——堤防高度（m ）；q ——单位宽度渗流量（m 3/s·m）； m 1——上游坡坡率，m 1=3.0；m2——下游坡坡率，m2=3.0；b——坝体顶部宽度6.0m；h0——下游出逸点高度（m）；锡伯河采用数据列表如下：正常工况锡伯河渗流计算结果表部分为相对不透水层，基础和堤身渗透系数相差100倍以上，下游无水，经计算堤身和堤脚无无出逸点，渗流稳定。

土石坝工程渗流计算的理论发展及方法探析

法
ｌ析法水网型、积仪｝分方力模法力分法试验ｌ蒿水鼍
（１图）
１理论分析方法。理论分析方法又可分为流体力学法和水力学法两．
类、流体力学法是根据流体力学的基本原理及反渗流的边界条件直接解渗取的防渗、渗措施。排计算结果比较精确．可以计算渗流场中任意一点处的渗５计算建筑物及其地基内各点处的渗透流速和水力坡降，．持别是渗流流问题的一种方法．如渗透水头、渗透压力、渗透坡降、渗透流速和通过任意截面的渗流出逸处的渗透流速和水力坡降，以便分析建筑物及其地基的渗透稳定性。流要素（
为该方法在渗流分析中的应用提供了理论摘要：在病险土石坝工程坝中，由渗透玻坏５起的占大多数．Ｉ渗流计算按变分形式进行计算的场问题，是治理病险大坝的关键．文章简述了渗流计算理论的发展过程，着重总结了基础。目前该方法在渗流分析中的应用已十分广泛有效。三、现有的渗流计算方法渗流计算的几种方法，以及这几种方法的优缺点。渗流计算方法发展至今，已经形成了很多种方法，归纳起来就是两大但关键词：石坝；流计算；流土渗渗座水库蓄水后，必然通过坝体，坝基和坝的两岸产生渗流，若这种渗流是在设计控制下，任何部位的土体都不会发生渗透破坏，为正常渗坝则流，，反之对能引起土体渗透破坏，或渗流量过大而影响蓄水兴利的渗流，则为异常渗流，或称之渗漏，在土石坝运行中，许正常渗流存在，允而对异常渗流，则必须采取措施。根据１８年的统计资料，９１我国已建大坷由渗流而引起的破坏事故率约占３．％，国２９座水库失事中，１７在全３１渗漏导致垮坝占到２．％。这说明９１由于渗漏造成的溃坝问题是严峻的。一、渗流计算任务渗流的计算任务可归纳为一下五点：１计算通过建筑物（。如土质堤坝）及其地基的渗流量。以确定建筑物上游水库的渗漏损失水量．分析其对水库蓄水的影响，以及是否芸取其它－防渗措施．以减少渗漏损失。２计算土石堤坝坝休内的浸润线，．以便分析上石堤坝坝城的稳定性。３计算建筑物（．如土质堤坝）及其地基内各点处的水头和压力，以确定在建筑物及其地基内的分巾和变化，用以预测产生渗透变形的可能性。４计算作用在建筑底面上的扬压力．．以便分析建筑物的稳定性及应采

高等土力学4.6_渗流的数值计算.

N 2 x
h3
N 3 x
h3
C21h1 C22h2
C23h3
iz
h z
C31h1Leabharlann C32h2C33h3
h
ix iz
x h
C21 C31
z
C22 C32
C23 C33
h1 h2 h3
vx vz
k 0
0
k
iixz
h t
N
h t
e
2. 单元渗流矩阵
I(h)
e1 m
Pije
K
h
P
h t
S
h t
F
0
Fij
e1
Fije
整体平衡方程
自由水面
可压缩部分
K
h
P
h t
S
h t
F
0
已知结点的部分
K
h
P
h t
S
h t
F
0
这样就可对式多元联立方程组用不同的数学方法求解，得到各单元结点水头；然后可用式（4.6.15）求单元域内任一点水头值，从而得到有限元数值分析的解；对于三维渗流计算方法是一样的；
a3z1 a3z2
h3 a1 a2 x3 a3z3
设：
CC1211
(x2 z3 (z2
x3z2 )/ z3 )/ 2 Ae
2 Ae
C12 (x3z1 x1z3 )/ C22 (z3 z1 )/ 2 Ae
2 Ae
C13 (x1z2 x2 z1 )/ 2 Ae C23 (z1 z2 )/ 2 Ae
1. 渗流场的离散与插值函数图4－73 有限单元网格划分
假设单元的水头函数值在1、2、3结点上的值分别为h1,h2,h3，在单元内部的值可用线性插值求得：

水力学第15章渗流基础2 (4)

（15.31）
上式可用于计算逆坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线。
如果将过水断面宽度b、A=bh、，以代入式（15-25）积分得
（15.32）
（15.33）
15.1.6承压含水层中渗流的稳定运动
当底板水平时和底板倾斜角＜10 时的承压含水层
（15.34）
总流量为（15.35）
式中b为渗流的宽度；M为含水层厚度；H1和H2为两个观测断面的总水头；L为两断面之间的距离。
15.1.3渗流的基本定律－达西定律
1.达西定律
达西定律的实验仪器如图15-1所示。达西分析了大量的实验资料表明，渗流量Q与圆筒断面面积A及水头损失hw=h1-h2成正比，与断面间距L成反比，并和土壤的透水性有关。达西定律可表示为
图15-1达西渗流实验装置
(15.3)
(15.4)
式中v为渗流简化模型的断面平均流速；J为水力坡度，；k为渗透系数。
第15章渗流基础
15.1知识要点
15.1.1渗流的Байду номын сангаас本概念
流体在孔隙介质中的流动称为渗流。流体包括水、石油及天然气等各种流体；孔隙介质包括土壤、岩层等各种多孔介质和裂隙介质。
地下水渗流分为无压渗流和有压渗流。位于不透水地基上的孔隙区域内具有自由表面的渗流，称为无压渗流。渗流与大气相接触的自由表面称为浸润面。无压渗流主要是解决渗透流量和浸润线的计算。位于不透水层下面的渗流称为有压渗流。有压渗流主要是计算渗流量和水工建筑物底板所受的扬压力，以及底板下游出口处的流速分布，校核土壤的渗透稳定性。
当承压含水层的厚度M是变化的，如图15-3所示。单宽流量的近似解为
图15-3
（15.36）
15.1.7地下水向集水建筑物---井的运动

水利堤坝工程中渗透参数的选取及渗流计算方法评价

水利堤坝工程中渗透参数的选取及渗流计算方法评价水利堤坝工程中渗透参数的选取及渗流计算方法评价摘要：渗流是引起涉水工程破坏的重要原因，因此渗流计算是水利水电工程涉水工程设计中不可或缺的步骤。

渗透参数的选取与渗流方法的选择，直接影响对工程渗流稳定性的评价。

本文结合笔者多年工作经验，就水利水电工程设计中渗透参数的选取与渗流计算的几种方法进行了初步的分析，并总结出渗流计算注意的一些问题，提高了计算结果准确性，对进一步采取防渗措施提供参考。

关键词：水利工程渗流计算堤坝设计引言堤防工程的设计与施工准则要求保证堤防建筑物能抵御洪水的威胁。

由于堤防大多沿天然河岸修建，因此，堤防基础的渗透稳定问题普遍存在。

本文主要针对堤防渗流参数的选用并对渗流计算方法进行了评价。

1、渗流计算目的（1）坝体（堤身）浸润线的位置。

（2）渗透压力、水力坡降和流速。

（3）通过坝体（堤身）或堤基的渗流量。

（4）坝体（堤身）整体和局部渗流稳定性分析。

2、计算工况及渗透系数的选用岩土工程参数的选用需要根据满足给定保证率时，通过实验方法选用。

不同工况需要选用不同的参数，否则就无法满足工程设计所需要的保证率。

2.1常规堤防工程常规的堤防工程计算提出了三种水位组合，此三种水位组合的渗流计算目的及相应土体的渗透系数选取原则主要为：（1）临水侧为高水位，背水坡为相应水位。

本组合的计算目的：①计算背水坡可能最高的逸出点位置、背水坡逸出段及背水坡基础表面出逸比降，用于背水坡渗流安全复核、反滤层及排水设施设计；②背水坡面可能最高的浸润线，用于背水边坡稳定计算；③当堤身、堤基土的渗透系数大于10-3cm∕s时，计算渗流量，用于分析防渗措施对本工程运行要求的可行性和背水坡排水设施设计（对于大坝均要求进行渗流量计算）。

对上述第①、②种计算目的工况，堤身、堤基的渗透系数则取小值平均值，对第③种计算目的工况则取大值平均值。

（2）临水侧为高水位，背水坡为低水位或无水。

本组合的计算目的：①背水坡面可能最高的浸润线，用于背水坡边坡稳定计算，相应各土体的渗透系数取小值平均值；②复核局部渗流稳定及进行反滤层设计，则进行局部渗流稳定性复核土体的渗透系数取小值，其上、下部位土体的渗透系数取大值平均值。

土石坝渗流计算

土石坝渗流计算
土石坝的渗流计算是指根据土石坝的各种参数来计算渗透水量的过程。

渗流计算的目的是通过对土石坝渗流过程的分析，来评估坝体渗流对工程安全的影响，以及指导坝体防渗措施的设计和施工。

土石坝的渗流计算主要包括以下几个方面的内容：
1. 渗透系数计算：渗透系数是描述土石坝岩土渗透性的指标，表示单位渗流量通过单位截面积的能力。

常用的计算方法有直接法、积分法和透水曲线法等。

2. 平均渗流速度计算：平均渗流速度是指坝体截面上单位时间流过的渗透水量与截面积之比，可以通过渗透系数和水头差来进行计算。

3. 渗流线计算：渗流线是指渗流过程中水的流动路径，通过渗流线的计算可以得到渗流场的空间分布情况，用于评估坝体内的渗流情况。

4. 渗流量计算：渗流量是指单位时间内通过某一截面的渗透水量，可以通过渗透系数、水头差和截面积的乘积来计算。

在进行土石坝渗流计算时，需要根据具体的工程条件和坝体参数，选择合适的计算方法和公式，进行合理的近似和假设，以得到较为准确的计算结果。

同时，还需要对渗流计算结果进行
分析和评估，判断渗流对工程安全的影响，并提出相应的措施来进行防渗处理。

土石坝力学法渗流计算(无敌版)

4114:24.02.764.2上游坝面边坡系数m 11.计算依据：4.1 均质土坝坝高H(m)4.已知参数:教材河海版水工建筑物p122-131 水力学　吴持恭主编　下册　p233 水平不透水层上均质土坝的渗坝高H（m）坝顶最小宽度B min (m)注：上下游如为变坡时，则分别取各自下游坝面边坡系数m 21:2.25～1:2.751:2.5～1:3.01:3.0～1:3.51:1.5～1:2.0～20～30>301:2～1:2.5表1.土坝坝坡边坡系数参考值坝高（m）上游坝坡下游<1010～201:2.25～1:2.5～表2.坝顶最小宽度值4.3坝顶宽度B (m) （不透水地基上的均质坝）表3.土的渗透系数参考值5.0～20.0<0.00.0000060.0001～0.0003～0.00060.001～0.006中　砂渗透系数km/d cm <0.0050.005～0.10.1～0.50.25～0.50.5～1.01.0～5.0轻亚粘土黄　土粉　砂细　砂注：本表资料引自中国建筑工业出版社1975年出版的《工程地4.5下游水位H 2(m)4.4上游水位H 1(m)<306土　名4.6渗透系数k(cm/s)粘土亚粘土均质中砂0.04～0.02～0.07～粗　砂均质粗砂35～5020～5060～7530～100>1004.1>=3.05.计算过程：5.1坝体的分段采用两段法是采用三段法的简化，把上游锲形体ABE用一个矩形体AEB'A'去取代,(1)等效的矩形体的宽度△L为:(2)第二、三两段的底宽和（线段DE长度）L为：2…………下游坝面边坡系（5-2）5.2上游段的计算渗流从过水断面A'B'至CG的水头差ΔH=H 1-h K ,两过水断面之间平均渗透路程Δs=L+ΔL-m 2h k ,m 2为坝下故上游段的平均水力坡度k …………逸出点高度根据杜比公式，上游段的平均渗流流速很显然要用上式计算渗流量还不可能，因其中逸出水h k 是位知数，所以还必须要对下游段建立计算公式行联解。

土坝渗流计算分析及工程实例

土坝渗流计算分析及工程实例常志武;安忠伟【摘要】在水利工程中,地表水的冲刷破坏比较容易被发现和挽救,而地下水的冲刷却常被忽视,造成难以补救的工程破坏,因此,堤坝渗流的问题非常严重.据统计我国在20世纪90年代初存在渗漏问题比较严重的大型水库有132座,遍及各省,其中土坝渗漏的就有106座,约占80％.渗透破坏是土坝坝体的常见病害,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,因此,准确地进行渗流计算分析是土坝设计的一项重要工作.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2012(040)010【总页数】2页(P159-160)【关键词】土坝;渗流计算;基本定律;稳定分析;工程实例【作者】常志武;安忠伟【作者单位】佳木斯市水利勘测设计研究院,黑龙江佳木斯154002;佳木斯市水利勘测设计研究院,黑龙江佳木斯154002【正文语种】中文【中图分类】TV139.141 渗流基本定律渗流运动的基本规律是依据法国学者达西在1852—1855年间根据对砂土渗透实验总结出来的达西定律。

即Q=kA(h1-h2)/L，若用学位面积的量V表示流速，则达西定律可表示为ki，式中:i=(h1-h2)/L为水力坡降;K为渗透系数。

2 土坝渗流土坝的渗流分析在工程设计中常将其简化为平面问题处理。

土坝渗流计算的主要任务是确定坝内浸润线的位置及经过坝体的渗透流量。

实际上，土坝渗流计算常采用“分段法”，分段法又分为三段法和两段法。

三段法是由巴普洛夫斯基提出的，将坝内渗流区划分为三段，第一段为上游楔形ABE，第二段为中间段AEFC，第三段为下游楔形段CFD。

对每一段应用渐变流基本公式建立流量表达式，然后通过三段的联合求解，即可确定土坝渗流量及溢出点水深hc，并可绘出浸润线AC。

两段法是在三段法的基础上简化而来的，将中间段和下游楔形段合并，把土坝渗流区划分成上游段ABE和下游段EACD两段。

“分段法”示意图见图1。

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。

渗流计算

v=k h1 − h2 = kJ L
q = vA = kJA
上式是水在土中渗透的基本规律，称为渗透定律或达西定律。达西定律虽然只适用于线性阻力的层流运动，但在工程实践中，超过达西定律上下限的局部区域与整个渗流场相比较经常是不大的，且大多数自然状态土中的渗流均能基本上符合层流规律或偏离不远，故一般均可简化为符合达西定律的问题来处理。 2）渗透系数的确定 2.1）单层土渗透系数的确定单层土的渗透系数是由现场或室内实验确定的。工程设计中土的渗透系数作为基本资料由地勘专业提供。单层土假定为各向同性土，则土中任意一点、任意方向的渗透系数相等，即 Kx=Ky=Kz。 2.2）各向已性土渗透系数的确定实际工程中的土层一般都具有各向异性，如冲积土层、碾压土层等。由于层次的存在，土层的水平向渗透系数长大于垂直向渗透系数。对各种
（焦建华）焦建华）
中山市水利水电勘测设计咨询有限公司 2010.12.30
目
录ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、渗流计算的基本知识 ...........................................................................................1 一）、渗透与渗透影响 .......................................................................................... 1 1）渗透 ........................................................................................................................ 1 2）渗透影响 ................................................................................................................ 1 3）渗透变形及判别 .................................................................................................... 2 二）、渗流计算的基本原理及渗透系数 .............................................................. 3 1）达西定律 ................................................................................................................ 3 2）渗透系数的确定 .................................................................................................... 3 3）渗透系数的应用 .................................................................................................... 5 三）、渗流计算的基本方程 .................................................................................. 6 二、大坝、大坝、堤防渗流计算 ...........................................................................................6 一）、土石坝渗流计算 .......................................................................................... 6 1）渗流计算的目的 .................................................................................................... 6 2）渗流计算的内容 .................................................................................................... 6 3）渗流计算工况及水位组合的选择 ........................................................................ 7 4）渗流计算的方法 .................................................................................................... 9 5）渗透系数的选用 .................................................................................................. 10 6）渗透稳定计算 ...................................................................................................... 10 7）渗透稳定结果分析 .............................................................................................. 11 二）堤防渗流计算 ...............................................................................................11 1）增加了渗流量计算条件 ...................................................................................... 11 2）水位组合结合堤防工程的特点 .......................................................................... 11 3）根据堤防功能特点，增加了一种计算模型 ...................................................... 11 三、水闸、水闸、泵站渗流计算 .........................................................................................12 1）与土石坝渗流计算的比较 .................................................................................. 12 2）渗流计算的目的 .................................................................................................. 12 3）渗流计算的工况及水位组合选择 ...................................................................... 12 4）渗流计算的主要方法 .......................................................................................... 13 5）侧向绕渗 .............................................................................................................. 24

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。

(完整版)第二章土的渗透性和渗流问题要点

第二章土的渗透性和渗流问题第一节概述土是多孔介质，其孔隙在空间互相连通。

当饱和土体中两点之间存在能量差时，水就通过土体的孔隙从能量高的位置向能量低的位置流动。

水在土体孔隙中流动的现象称为渗流；土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性。

土的渗透性是土的重要力学性质之一。

在水利工程中，许多问题都与土的渗透性有关。

渗透问题的研究主要包括以下几个方面：1．渗流量问题。

例如对土坝坝身、坝基及渠道的渗漏水量的估算（图2－la 、b ），基坑开挖时的渗水量及排水量计算（图2－1C ），以及水井的供水量估算（图2－1d ）等。

渗流量的大小将直接关系到这些工程的经济效益。

2．渗透变形（或称渗透破坏）问题。

流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力，这一作用力称为渗透力。

当渗透力过大时就会引起土颗粒或土体的移动，从而造成土工建筑物及地基产生渗透变形。

渗透变形问题直接关系到建筑物的安全，它是水工建筑物和地基发生破坏的重要原因之一。

由于渗透破坏而导致土石坝失事的数量占总失事工程数量的25%~30%。

3．渗流控制问题。

当渗流量和渗透变形不满足设计要求时，要采用工程措施加以控制，这一工作称为渗流控制。

渗流会造成水量损失而降低工程效益；会引起土体渗透变形，从而直接影响土工建筑物和地基的稳定与安全。

因此，研究土的渗透规律、对渗流进行有效的控制和利用，是水利工程及土木工程有关领域中的一个非常重要的课题。

第二节土的渗透性一、土的渗透定律—达西定律（一）渗流中的总水头与水力坡降液体流动除了要满足连续原理外，还必须要满足液流的能量方程，即伯努里方程。

在饱和土体渗透水流的研究中，常采用水头的概念来定义水体流动中的位能和动能。

水头是指单位重量水体所具有的能量。

按照伯努里方程，液流中一点的总水头h ，可用位置水头Z 、压力水头w uγ和流速水头g v 22之和表示，即 1)-(2 22g v uz h w ++=γ 式(2—1)中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，其量纲为长度。

渗流计算

渗流计算
（焦建华）焦建华）
中山市水利水电勘测设计咨询有限公司 2010.12.30
目
录
一、渗流计算的基本知识 ...........................................................................................1 一）、渗透与渗透影响 .......................................................................................... 1 1）渗透 ........................................................................................................................ 1 2）渗透影响 ................................................................................................................ 1 3）渗透变形及判别 .................................................................................................... 2 二）、渗流计算的基本原理及渗透系数 .............................................................. 3 1）达西定律 ................................................................................................................ 3 2）渗透系数的确定 .................................................................................................... 3 3）渗透系数的应用 .................................................................................................... 5 三）、渗流计算的基本方程 .................................................................................. 6 二、大坝、大坝、堤防渗流计算 ...........................................................................................6 一）、土石坝渗流计算 .......................................................................................... 6 1）渗流计算的目的 .................................................................................................... 6 2）渗流计算的内容 .................................................................................................... 6 3）渗流计算工况及水位组合的选择 ........................................................................ 7 4）渗流计算的方法 .................................................................................................... 9 5）渗透系数的选用 .................................................................................................. 10 6）渗透稳定计算 ...................................................................................................... 10 7）渗透稳定结果分析 .............................................................................................. 11 二）堤防渗流计算 ...............................................................................................11 1）增加了渗流量计算条件 ...................................................................................... 11 2）水位组合结合堤防工程的特点 .......................................................................... 11 3）根据堤防功能特点，增加了一种计算模型 ...................................................... 11 三、水闸、水闸、泵站渗流计算 .........................................................................................12 1）与土石坝渗流计算的比较 .................................................................................. 12 2）渗流计算的目的 .................................................................................................. 12 3）渗流计算的工况及水位组合选择 ...................................................................... 12 4）渗流计算的主要方法 .......................................................................................... 13 5）侧向绕渗 .............................................................................................................. 24

一、渗流分析的任务和方法

一、渗流分析的任务和方法1、渗流分析的任务渗流：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。

渗流分析的主要任务v（1）确定坝体内浸润线以及下游出逸点的位置； v（2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失；v（3）确定坝体出逸段和下游坝基表面出逸坡降以及不同土层交界处的渗透坡降，以判断相应部位土体的渗透稳定性；v（4）确定库水位骤降时，上游坝壳或斜墙内浸润线的位置和孔隙水压力，共稳定分析之用；v（5）计算坝肩的等势线、渗流量和渗透坡降；确定坝体和岸基内的浸润面。

2、渗流计算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、试验法、数值方法。

渗流计算应包括的水位组合情况：v（1）上游正常蓄水位+下游相应最低水位；v（2）上游设计洪水位+下游相应水位；v（3）上游校核洪水位+下游相应水位；v（4）库水位降落时上游坝坡稳定最不利情况。

（1）水力学方法假设: 均质, 层流, 恒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： k 渗流系数，coefficient of permeability单宽流量： dy v kJ k dx==- dxdy ky vy q - = = 矩形渗流区域无压渗流分析自上游向下游积分：( ) ( ) 21 0 22 21 22 12 1 22 LH H qdx kydy qL k H H k H H q L=- =-- - = òò 自上游向区域中某点（x ，y ）积分，得浸润线方程：x k q y H 2 22 1 = -（2）流体力学方法渗流基本方程：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。

二维稳定渗流有限元法在土坝渗流稳定计算中的应用

Ye Lilong （Water Station of Qizili Town in Shexian County，Shexian 245200，China） Abstract：This paper takes Huangshan Lianchuan reservoir as an example，using two-dimensional seepage fi⁃ nite element method to calculate the dam seepage stability analysis of dam seepage safety by using Auto⁃ bank- hydraulic structure finite element analysis system and to evaluate the dam seepage stability，through calculation results，providing reference for reservoir reinforcement and operation management. Key words：Earth dam；Seepage stability；Autobank
除险加固及运行管理提供参考意见。
关键词：土坝；渗流稳定；Autobank
中图分类号 TV223.4
文献标识码 A
文章编号 1007-7731（2018）08-0121-03
Application of Two- dimensional Steady Seepage Finite Element Method on Seepage Sability of Earth Dam
作者简介：叶立龙（1968—），男，安徽歙县人，工程师，从事农村水利工程建设与管理工作。

土石坝渗流的计算方法及防渗技术

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部分，究渗流控制技术的理论的基础，是研渗流控制技术是具体Ｔ程的实施措施，如灌浆技术，反滤坝技术等。土石坝是挡水建筑物，它和渗流并存，从一定意义上来说，土石坝的发展史就是渗流控制理论的发展历史。因此，研究土石坝的渗流破坏机理，掌握土石坝渗流造成土石坝破坏的一般规律，防治土石坝破坏、对发挥土石坝应有的工程和社会效益，保护人民的生命和财产安全都具有重要的意义。由于水库坝区渗流不仅使库水流失影响水库Ｔ程效益，而且可导致坝区发生危害性破坏而影响大坝的安全稳定性，因此，水库坝区渗流研究一直是围绕着确保水库ｌ丁程效益和大坝的安全稳定需要而展开的。坝区渗流研究主要包括两方面的内容，一是渗流的基本理论和渗流分析方法研究，二是由坝区渗流导致的渗透稳定问题及渗流控制研究。随着水利１程建设实践的发展需要，渗流的基本理论研究已从长期的孔隙介质渗流理论发展到具有强烈非均质特性的裂隙介质渗流理论的研究。２２渗流计算方法．土渗流方法可以概括为流体力学解法和水利学解法两类。流体力学解法是一种严格的解析法，它在满足定解条件下求解渗流基本方程，然后得到解的解析表达式。它能给出渗流场中任何一点的值，但这种方法只是对简单的流动情况有效，而且所得的解异常复杂；水力学解法是种近似的解析法，它基于对土坝渗流做某些假定及对局部急变渗流区
１土石坝渗流原因
由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孑隙，Ｌ都具有一定的透水性，水库蓄水后，在水力的作用Ｆ，流水必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，成造坝身、坝基和绕坝的渗漏。若渗流在设计控制之下，大坝任何部位的土体都不会产牛渗透破坏，则为正常渗流，流量在规范许可的范围内，渗表现

建兴水库大坝渗流计算方法及渗透指标-水利工程论文-水利论文

建兴水库大坝渗流计算方法及渗透指标-水利工程论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——1工程基本情况建兴水库位于四川省德阳市中江县富兴镇会棚乡，是一座拦蓄式水库，其工程任务是以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合功能的小（1）型水利工程。

中江县距震中汶川县映秀镇不到100km，水库坝址以上集雨面积18.1km2，总库容170万m3，设计灌面4000亩，设计洪水标准为30年一遇（P＝3.3%），设计洪水位596.28m，校核洪水为500年一遇（P＝0.20%），校核洪水位597.18m。

水库正常蓄水位594.20m，位583.00m。

大坝为均质土坝，坝顶高程为597.80m，坝顶宽4.4m，最大坝高18.4m，坝顶长91.00m，基础底高程为579.40m。

大坝上游坡比为1∶2.25；下游坡比为1∶2.0。

工程自1960年12月建成以来，对当地的生产生活起着重大作用，同时发挥了较大的经济效益。

据现场调查，该坝施工时为抢工期，上坝土料不均，碾压不均或不密实，加之无检测手段，导致填筑质量较差。

受汶川特大地震影响，坝脚及放空洞出现5处涌水点且有明显浑水流出。

2008年7月，据钻孔揭露：坝体填料为黄褐色粘土夹块碎石，粘土呈可塑硬塑状，碎石、角砾及砂约占15%～20%。

压水试验表明，渗透系数K变化较大，从1.3810-5cm/s～2.2310-4cm/s，说明坝体均匀性较差，渗透系数平均值为1.3010-4cm/s大于10-4cm/s，足规范要求。

工程于2009年进行加除险加固整治，其渗渗整治措施为：坝体充填灌浆，坝基帷幕灌浆。

灌浆沿坝轴线布孔，分三序钻灌，施工时严格质量控制，灌浆防渗体渗透系数要求小于10-4cm/s，达10-5cm/s左右。

经过多年运行，渗漏整治效果良好。

2大坝渗流计算方法及渗透指标2.1计算公式对于符合达西定律的二向均质、各向同性土体的渗流，当土体已完全固结时，其水头函数符合拉普拉斯方程式：【1】z：坐标位置高程q：自由面下降或上升时从自由边界流入或流出渗流场的单宽流量2.1.1计算断面。