4第四章土石讲义坝第三节

筑
当下游无水时，H2=0，L1=L。当T=0时，也可得出不透水地基 上斜墙坝的渗流计算公式。
2)有铺盖的情况 当铺盖与斜墙的渗透系数比坝体和坝基的渗
透系数小很多时，可近似地认为铺盖与斜墙是不透水的，并以铺
物
盖末端为分界线，将渗流区分为两段进行计算。
水 工
(四)总渗流量计算
计算总流量时，应根据地形及透水层厚度的变化情况，将土石坝沿 坝轴线分为若干段，如图所示，然后分别计算各段的平均单宽流量， 则全坝的总渗透流量Q可按下式计算：
l 坝身段的渗流量为:
q1KH12(2H L2a0)2
(4-15)
水 式中 a 0 ——浸润线出逸点在下游水面以上高度；
K ——坝身土壤渗透系数；
工
H1 ——上游水深；
HL2
——下游水深； ——见图(4-6)。
建
l下游楔形体的渗流量：可分下游水位以上及以下两部分计算。 根据试验研究认为，下游水位以上的坝身段与楔形体段以1：
x
筑
q2hL{H (12(H2h0)2}
物
当下游无水时,按上述褥垫式排水情况计算。
（三）有限深透水地基上土石坝的渗流计算
（1）均质土石坝
水 工
渗流量：可先假定地基不透水,按上述方法确定坝体的渗流量q 1和 浸润线；然后再假定坝体不透水,计算坝基的渗流量q 2 ；最后将 q 1 和q 2 相加,即可近似地得到坝体和坝基的渗流量。
坝体浸润线：可不考虑坝基渗透的影响,仍用地基不透水情况下
的结果。
建
对于有褥垫排水的情况,因地基渗水而使浸润线稍有下降,可近似 地假定浸润线与排水起点相交。由于渗流渗入地基时要转一个90的弯,
流线长度比坝底长度L要增大些。根据实验和流体力学分析,增大的长
筑 度约为0.44T。(T为地基透水层的厚度)。这时,通过坝体和坝基的渗流 量可按下式计算:
流量。
工
当下游有水时,可近似的假定浸润线逸出点在下游水面与堆石棱 体内坡的交点处,用上述同样的方法进行计算。
（3）斜墙土石坝 有限深透水地基上的斜墙土坝,一般同时设有
建
截水墙或铺盖。前者用以拦截透水地基,后者用以延长渗径、减小 渗透坡降,防止渗透变形,两种结构的布置如图所示。
1)有截水墙的情况 它与心墙土坝的情况类似,
① 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；
水
② 上游设计洪水位与下游相应的最高水位；
③ 上游校核洪水位与下游相应的最高水位；
④ 库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。
工
1.渗流基本公式 对于不透水地基上矩形土体内的渗流,如图所示。
建
筑
物 渗流计算图
水 工 建 筑 物
q = K(H12 H22)
2L
式中
Q= 1 2 q 1 l1 ( q 1 q 2 ) l2 ( q n 2 q n 1 ) ln 1 q n 1 ln
l 1 、 l2ln ——各段坝长； q 1 、 q2qn ——断面1、断面2处的单宽流量；
建
筑
物
渗流量计算图
渗流分析的手绘流网法
（一）流网的特性
物
qq1q2K2 H L 1 2KTL T0.1 4 H T 4
式中的q用坝身 q 1的渗流量。
（2）心墙土石坝
心墙、截水墙段:其土料一般是均一的,可取平均厚度进行计算。
若心墙后的浸润线高度为h，则通过心墙、截水墙的渗流量 q 1
水
下游坝壳和坝基段:由于心墙后浸润线的位置较低,可近似地取浸 润线末端与堆石棱体的上游端相交,然后分别计算坝体和坝基的渗
即
q K(H12 y2)
2x
y
H12
2q K
x
由式可知,浸润线是一个二次抛物线。式当渗流量q已知时,即可绘
制浸润线,若边界条件已知,即可计算单宽渗流量。
（二）不透水地基上均质土石坝的渗流计算
（1）土石坝下游有水而无排水设备的情况。 当下游无水时,以上各式中的H2=O;当下游有贴坡排水时,因贴坡
式排水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排 水时相同。
以下游有水而无排水设备的情况为例。
计算时将土坝剖面分为上游楔形体,中间段和下游楔形体三段,如 图所示。
水
工
l 等效矩形宽度：，值由下式计算:
建
L H
m1
2m1 1
筑
式中 m 1 ——上游坝面的边坡系数,如为变坡则取平均值；
H 1 ——上游水深。
物
l 计算对象：坝身段(AMB”)及下游楔形体段(B’B”N)。
通过下游楔形体的总渗流量为 q 2 :
q2q2q2K m 2a 00.5(1a0 H a 2 m H 2)
式中
am
m2
2m2 0.52
l l
水流连续条件： q1 q2 q
未知量的求解：两个未知数渗流量 q 和逸出点高度
a
0。
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浸润线由式(4-13)确定。上游坝面附近的浸润线需作适当修正:自 A点作与坝坡AM正交的平滑曲线,曲线下端与计算求得的浸润线相 切于A’点。
当下游无水时,以上各式中的H2=O;当下游有贴坡排水时,因贴式排 水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排水 时相同。
（1）有褥垫排水的均质坝
水
工
y
H12
2q k
x
建
h0 L2H12 L
筑
物
q2hL(H12 h02)
（2）有棱体排水的均质坝
水
工
h0L2(H1H2)2L
建
y
H12
2q k
估算由此产生的孔隙水压力,供上游坝坡稳定分析之用。
建
(二)渗流分析的方法
筑
解析法分为流体力学法和水力学法。本节主要介绍水力学法。 手绘流网法是一种简单易行的方法,能够求渗流场内任一点渗流要素
,并具有一定的精度,但在渗流场内具有不同土质,且其渗透系数差别
较大的情况下较难应用。
物
渗流分析的水力学法
（一）计算情况:
0.5的等势线为分界面，下游水位以下部分以铅直面作为分界面，
筑
与实际情况更相近，则通过下游楔形体上部的渗流量 q 2 为：
q20 a0K m 2 y 0.5yd yK m 2a 00.5
物
水 工 建 筑 物
通过下游楔形体下部的渗流量 q 2 为
q2K (m2
a0H2
0.5)a0
m2H2 12m2
此处加标题
4第四章土石坝第三节
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渗流分析的目的和方法
（一）渗流分析的目的
水
(1)确定坝体浸润线和下游渗流出逸点的位置。 （2）确定坝体与坝基的渗流量,以便估计水库渗漏损
失和确定坝体排水设备的尺寸。
工
（3）确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸坡降, ,以 判断该处的渗透稳定性。
（4）确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置,