用手算方法计算均质土坝渗流稳定

合集下载

水库除险加固设计以及坝体渗流稳定计算

０．６５ｍ。考虑到砼板护坡厚度为０．１５ｍ，可作为一部分防冻层厚度，故在护坡砼板底部加设０．５０ｍ厚戈壁料防冻垫层，
可以满足工程设计需要，其防冻垫层要采用小型机械进行打夯，质量要求详见表２。
表２防冻层的填筑需求
项目
箍未要求
（１）设计冻深的计算按规范５．３．２第三条规定，取水面以上１．Ｏｍ高度处作为设计冻深的计算点。设计冻深计算公式为：
ｚｄ＝ｄ。ＺＫｄ＝ａ＋ｂＷｉ
１＋Ｑｅ－ｚｗ。
丽
式中：Ｚｄ：设计冻深，ｍ；中：冻深年际变化频率模比系数，取１．１６；
：日照影响系数，查表计算；：地下水影响系数，查表计算；Ｚｋ：标准冻深，１ＴＩ。取为１．５ｍ；：断面计算部位日照及修正系数为１．１０；ａ、ｂ：系数取ａ＝４．０１，ｂ一３．０１；ａ：系数为０．７９；Ｚ。。：邻近气象台地下水位深度，２．Ｏｍ；Ｚ：计算点下的地下水位深度，１ＴＩ。
收稿日期：２０１５一ｌ１—０７作者简介：李安志（１９７４一），男，新疆昌吉市人，新疆水利厅头屯河流域管理局工程师，主要从事水利工程运行管理工
作和水资源的管理工作。
第１期
李安志：水库除险加固设计以及坝体渗流稳定计算
１９７
图１土工膜岸坡做法示意图
图２坝顶的布置示意图在此需要说明的是，库区周边土体由于长期受水浸泡，产生了一定的次生盐碱化现象，但此类现象主要针对细颗粒土产生，而对砂砾石垫层不会产生影响。同时，在设计当中考虑水泥全部采用抗硫酸盐水泥，所以也不会对坝体砼产生影响。三、坝体渗流稳定计算１．坝体渗流计算渗流量计算根据土石坝渗流分析公式计算。（注：计算选取前坝坡与深层搅拌桩的交点作为计算坐标的原点，该点海拔高程４９３．ＯＯｍ）。１）土工膜、深层搅拌桩渗流量ｑ：

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。

关村水库大坝渗流计算及稳定分析

ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｏｒｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｔｈｅｄａｎｇｅｒｏｂｖｉａｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇｗｏｒｋｓｏｆｔｈｉｓｒｅｓｅｖｏｒｉｒ．
ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｌａｐｉｄａｔｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｄａｍ；ｓｅｅｐａｇｅｌｆｏｗ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ；ＧｕａｎｃｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒ
年一遇校核。总库容３１７．８万ｍ，，控制流域面积３５．１５ｋｍ。
关村水库枢纽工程由大坝、放水涵卧管、溢洪道等三部分
组成。
５．５４ｘ１０－ｓｃｍ／ｓ。坝体土稍密～密实状态，属高～中等压缩性土。从黏粒含量、塑性指数、渗透系数等指标分析，满足均质土坝土料质量要求。坝体土的渗透变形破坏类型为流土，允许水力坡降
为０．４５。
大坝为碾压均质土坝，最大坝高３２．２ｍ，现状坝顶长１６０ｍ，
坝顶宽４ｍ。大坝上游坡比１：３～１：２．５，干砌石护坡，下游坡比
１：２．５～ｈ２，设二级马道，马道高程分别为２６．７ｍ、１９．２ｍ，（以坝底高程为０ｍ计，下同）为草皮护坡。卧管位于库区右侧岸坡上，共１０个进水口，相邻两孔高差为８０ｃｍ，最高一级进水口高程为２５．５ｍ。放水涵洞与卧管消力池相接，为砌石半圆拱无压洞，断面尺寸１．１ａｘｔｉ．５【ｎ，进口底板高程２１．１ｎｌ，纵坡１／２００。

某水库大坝渗流计算及稳定分析

某水库大坝渗流计算及稳定分析摘要：在病险水库除险加固工程中，经常需要对加固前的建筑物进行安全复核。

本文根据某水库的地勘资料，对其进行了渗流计算和坝坡稳定抗滑稳定计算，计算结果为水库大坝的加固提供合理的构筑建议和措施。

关键词：土石坝；渗流计算；稳定分析1.工程概况某水库位于罗山县西南约55km处的灵山镇境内，属丘陵地区水库，位于淮河水系小黄河支沟上，控制流域面积3.3km2，总库容102.02万m3。

水库是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（1）型水库。

大坝为粘土心墙坝，现状坝长90m，最大坝高17.4m，坝顶宽约3m。

该水库按50年一遇设计，500年一遇防洪标准校核。

2.工程地质某水库位于秦岭－昆仑纬向复杂构造带之南亚带与新华夏系第二沉降带的交接复合部位。

受淮阳山字型构造与经向构造复合干扰，地质构造十分复杂。

据地质测绘及勘探揭露范围内，坝址区地层岩性主要为坝体人工填土（Qs）及燕山晚期侵入的花岗岩，仅在下游河槽分布有泥卵石。

坝址区地层根据时代、成因、岩性及其物理力学性特征，现由老到新分述如下：燕山晚期（r3 5）岩性为花岗岩，分布在水库两岸，肉红色、灰白色～淡红色，细粒~中粗粒结构，肉眼可见斑状矿物，矿物按含量依次为正长石、斜长石、石英、黑云母等。

裂隙较发育，多为60度左右的高倾角，裂隙宽0.3mm，裂面平整，沿裂隙面充填有铁锰质薄膜。

表层2m左右多为全风化，岩芯多呈碎屑状、块状，地质取芯率（RQD）低于10%；多为中等风化，岩芯呈块状和柱状，岩心采取率60%~90%，RQD值25%~80%。

第四系全新统（alplQ4）岩性为泥卵石，分布在下游河槽内，卵石成分主要为安山岩、花岗岩，灰绿色，灰黄色，多呈次圆状，粒径一般3~5cm，最大10cm左右，含量50%左右，泥质充填，结构较松散。

坝体填土（QS）坝体为粘土心墙砂壳坝，坝轴线处2.4m以上主要为全风化的花岗岩碎屑，2.4~12.3m主要为低液限粘土，含有全风化花岗岩碎屑，局部含量较高，但颗粒较细，12.3m以下为低液限粘土，灰褐色，棕黄色，见有铁锈，粘粒含量较高。

渗流稳定计算(2020年整理).pdf

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。

（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。

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 'q h y −+k '2202q 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锡伯河防洪堤筑堤土为低液限粉土，基础为砂砾基础，强透水地基，堤身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。

用手算方法计算均质土坝渗流稳定

某水库均质土坝渗流稳定计算1．渗流允许坡降（J 允）对粉质黏土，可按下式计算：J允(1)(1)/wG n c Kγ--+=式中 G —土粒比重，取2.73；n —土的孔隙率；/(1)n e e =+=0.849 /（1+0.849）= 0.4592；c —土的黏聚力，取7.0 kPa ；w γ—水的重度，取10 kN/m 3；K —安全系数，取2.0。

经计算得J = 0.818。

2．渗流计算方法根据地质勘察报告，坝基部位土层的渗透系数均小于 1.64×10-6cm/s ，属于弱～微透水层，可以认为本工程坝基为不透水地基。

本设计按均质坝、不透水地基、下游无排水设备进行计算，稳定渗流期计算简图如图1：图1 某水库稳定渗流期计算简图（无排水设备）稳定渗流期计算公式如下：221201200020211()(1)2()sin (1ln )(2)()(3)(4)21H H a q kH s H a q ka a s L m a H m m λβλ⎧-+=⎪+⎪⎪+=+⎪⎨⎪=-+⎪⎪=⎪+⎩式中 q —单位渗流量，m 3/s ·m ；k —渗透系数，取坝体平均渗透系数6.43×10-5cm/s （0.0556m 3/d ）；1H —上游水深，m ； 2H —下游水深，取7.45m ； 1m —上游坡比，取2.0； 2m —下游坡比，取2.0；0a —下游水位以上出逸点高度，m ； β—下游坝坡坡角，sin β=浸润线方程为：2212qy H x k=-渗流计算可采用迭代方法求解，即先假设一个0a 值，然后判断式（1）与式（2）计算结果是否相等。

此方法在手算时比较烦琐，为此，将上述公式进行变换。

先将式（3）、式（4）代入式（1），并令式（1）= 式（2），经化简后成为一单变量0a 的非线性方程，即：2210000100(0.90)0.90()1ln (5)46.4 2.445H a a f a a H a a ⎛⎫-++=-+ ⎪--⎝⎭满足0()0f a =的0a 值即为所求。

大坝渗流稳定计算过程

------------------------------------------------------------------------ 计算项目：草荡------------------------------------------------------------------------ [计算简图]分析类型: 不稳定流[坡面信息]左侧水位高: 4.330(m)右侧水位高: -0.420(m)左侧水位高2: 2.330(m)右侧水位高2: -10000.000(m)坡面线段数 6坡面线号水平投影(m) 竖直投影(m)1 10.625 4.7502 4.219 0.0003 8.281 -4.2504 0.719 -0.2505 1.500 0.0006 2.219 -1.500[土层信息]坡面节点数 = 10编号 X(m) Y(m)0 0.000 0.000-1 10.625 4.750-2 14.844 4.750-3 23.125 0.500-4 23.844 0.250-5 25.344 0.250-6 27.563 -1.250-7 9.686 4.330-8 26.335 -0.420-9 5.212 2.330附加节点数 = 17编号 X(m) Y(m)1 9.250 -1.2502 20.313 -1.2503 -3.000 0.0004 -3.000 -6.0005 9.250 -6.5006 13.125 -7.5007 15.531 -8.7508 28.781 -9.5009 28.781 -1.25010 26.875 -2.00011 21.031 -2.00012 -3.000 -10.50013 9.219 -10.50014 22.813 -13.50015 28.781 -13.50016 -3.000 -17.00017 28.781 -17.000不同土性区域数 = 5区号土类型 Kx Ky Alfa 孔隙率饱和度单位储存节点编号(m/d) (m/d) (度) 量1/m*0.0011 细砂 0.00606 0.02240 0.100 0.445 0.900 2.000(-1,-7,0,1,2,-3,-2,)2 细砂 0.00264 0.00861 0.100 0.564 0.900 2.000(0,3,4,5,6,7,8,9,-6,10,11,2,1,)3 细砂 0.05500 0.05260 0.100 0.434 0.850 2.000(4,12,13,14,15,8,7,6,5,)4 细砂 0.79500 0.26800 0.100 0.407 0.900 2.000(12,16,17,15,14,13,)5 细砂 86.40000 86.40000 0.100 0.350 0.250 2.000(-3,2,11,10,-6,-8,-5,-4,)[面边界数据]面边界数 = 8编号1, 边界类型: 已知水头节点号: 3 --- 0时间节点水位升降值(m)初始节点水头高度 4.330 --- 4.330 (m)0.000 0.0001.000 -0.6802.000 -1.3503.000 -2.0304.500 -2.030编号2, 边界类型: 已知水头节点号: 0 --- -7时间节点水位升降值(m)初始节点水头高度 4.330 --- 4.330 (m)0.000 0.0001.000 -0.6802.000 -1.3503.000 -2.0304.500 -2.030编号3, 边界类型: 已知水头节点号: -6 --- -8节点水头高度 0.420 --- 0.420 (m) 编号4, 边界类型: 已知水头节点号: -6 --- 9节点水头高度 0.420 --- 0.420 (m) 编号5, 边界类型: 可能的浸出点节点号: -2 --- -3编号6, 边界类型: 可能的浸出点节点号: -4 --- -3编号7, 边界类型: 可能的浸出点节点号: -4 --- -5编号8, 边界类型: 可能的浸出点节点号: -5 --- -8[点边界数据]点边界数 = 1编号1, 边界类型: 已知水头节点编号描述: -5节点水头高度 1.000(m)[计算参数]剖分长度 = 1.000(m)收敛判断误差(两次计算的相对变化) = 0.100%最大的迭代次数 = 30时间增量的段数 = 1时间步时间增量(天) 重复次数累计时间(天) 1 2.000 1 2.000初始压力水头：由原始水面线计算初始水面线段数 = 3初始水面线起始坐标X = 0.000(m)初始水面线起始坐标Y = 3.000(m)水面线号水平投影(m) 竖直投影(m)1 10.000 5.0002 10.000 5.0003 10.000 5.000[输出内容]计算流量:流量计算截面的点数 = 2编号 X(m) Y(m)1 13.000 8.0002 13.000 -20.000画分析曲线:分析曲线截面始点坐标: (0.000,0.000)分析曲线截面终点坐标: (30.000,0.000)------------------------------------------------------------------------ 计算结果:------------------------------------------------------------------------渗流量时间增量步 01, 时间 0.0000(天) : 2.38476 m3/天时间增量步 02, 时间 2.0000(天) : -0.02015 m3/天浸润线时间增量步 1, 时间 0.000(天) :时间增量步 2, 时间 2.000(天) :浸润线共分为 2 段第 1段 X(m) Y(m)23.844 0.25023.844 0.25023.844 0.25023.844 0.25023.844 0.25023.130 0.26623.130 0.26622.750 0.26722.750 0.26722.194 0.28622.194 0.28621.031 0.44521.031 0.44520.942 0.45720.942 0.45720.891 0.47420.891 0.47419.979 0.82219.979 0.82219.599 0.99519.599 0.99519.263 1.15719.263 1.15718.638 1.43118.638 1.43118.350 1.54118.350 1.54117.639 1.80217.639 1.80217.367 1.88717.367 1.88716.558 2.125 16.440 2.161 16.440 2.161 16.409 2.170 16.409 2.170 16.362 2.182 16.362 2.182 15.270 2.417 15.270 2.417 15.195 2.431 15.195 2.431 14.405 2.570 14.405 2.570 14.097 2.602 14.097 2.602 13.386 2.680 13.386 2.680 12.460 2.746 12.460 2.746 12.235 2.764 12.235 2.764 11.978 2.776 11.978 2.776 11.409 2.804 11.409 2.804 11.052 2.810 11.052 2.810 10.384 2.818 10.384 2.818 9.697 2.811 9.697 2.811 9.213 2.809 9.213 2.809 8.782 2.798 8.782 2.798 8.413 2.795 8.413 2.795 7.688 2.798 7.688 2.798 7.063 2.821 7.063 2.821 6.779 2.832 6.779 2.832 6.450 2.884第 2段 X(m) Y(m) 26.335 -0.420 26.335 -0.420 26.335 -0.42026.335 -0.420 26.335 -0.420 26.335 -0.420 26.335 -0.420。

不透水地基上均质土石坝的渗流计算

不透水地基上均质土石坝的渗流计算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1所示。

图1不透水地基上均质坝的渗流计算图为了简化计算,根据电拟实验的结果,上游楔形体AMF 可用高度为H 1,宽度为1H L λ=∆的等效矩形代替,λ值由下式计算:1211+=m m λ (1) 式中 1m ——上游坝面的边坡系数,如为变坡则取平均值。

这样就将上游面为坡面的渗流转换为上游面为铅直面的土石坝渗流问题。

对所讨论情况的渗流计算可分两段进行,即坝身段(EOB”B ')及下游楔形体段(B’B”N ),见图1(a)。

按式(1)得通过坝身段的渗流量为:L a H H K q '+-=2)(202211 (2) 式中 0a ——浸润线出逸点在下游水面以上高度；K ——坝身土壤渗透系数；H 1——上游水深；H 2——下游水深；L '——见图1。

通过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,见图1(b)。

根据试验研究认为，下游水位以上的坝身段与楔形体段以1：0.5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，与实际情况更相近，则通过下游楔形体上部的渗流量'2q 为：()⎰+=+='0020225.05.0a m aK dy y m y K q (3)通过下游楔形体下部的渗流量"2q 为 2220220221)5.0(m H m a m H a K q +++=" （4）通过下游楔形体的总渗流量为2q :)1(5.020220222H a a H m a K q q q m +++="+'= （5）式中 ()2225.02+=m m a m 根据水流连续条件,q q q ==21 ,并联立式(2)、式(5)两式,就可求出两个未知数渗流量q 和逸出点高度0a 。

浸润线由式(4)确定。

(优选)大坝渗流分析详解.

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＝（δ1+δ2)/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
q1
k[( H12
(a0 2L'
t)2 ]
第二段B’B’’ N，可以下游水面为界，分为水上和水下两部
分，应用达西定律，可得通过第二段的渗流量为：
q2
ka 0 m2
(1
ln
a0 t
t)
根据水流连续条件q＝q1＝q2，联立以上两式，可求得a0 和q。浸润线方程可以用（△）求得，求出后还应对浸润线进口进行修正：自A点引与坝坡AM正交的平滑曲线，曲线下端与计算所得的浸润线相切于A’。
连续条件：
k x
H x
H vy k yJ k y y
vx vy 0 x y
二维渗流方程：
kx
2H x 2
ky
2H y2
0
分析法：流体力学法、水力学法、图解法和试验法，最常用的是水力学法和流网法（图解法）。
二、水力学法
基本假定：土料均一，各向同性渗流属稳定流看作平面问题渗流看作层流渗流符合连续定律
对1、2级坝和高坝应采用数值法计算确定渗流场各因素，其它可采用公式计算。
岸边的绕坝渗流和高山峡谷的高土石坝应按叁维渗流用数值法计算。
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。

土石坝渗透及稳定性分析探讨

土石坝渗透及稳定性分析探讨摘要:渗流问题是土石坝安全的关键,渗流控制是土石坝建设的重中之重。

在渗流控制措施上,随着渗流控制理论的发展,由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合。

本文从土石坝渗漏问题、防渗措施、有限元渗流场计算的基本数学模型三个方面进行介绍。

关键词:土石坝渗透稳定性随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施,众多高土石坝的建设被提上了日程,特别在深厚覆盖层河谷,地质条件差,地震烈度高,多数坝高较大(尤其200m以上)的大坝选择或拟选择建土石坝。

渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,直接关系到工程的安全和投资。

土石坝施工简便,地质条件要求低,造价便宜,并可就地取材且料源丰富,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。

土石坝坝体用散粒材料填筑,挡水后上下游的水头差引起了水流渗过坝体、坝基及两岸坡向下游排出。

由于勘测设计缺陷、施工不良、管理运行不当以及渗流、地震等,都会使土石坝体及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。

在土石坝中,坝体和坝基的渗漏较为频繁,许多中、小型病库,就是因为坝身、坝基等产生渗漏造成险情。

一、土石坝渗漏问题(一)坝基渗漏。

坝基渗漏主要有以下两种渗漏方式:一是铺盖裂缝产生的渗漏。

铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严,达不到所要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层,水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土,破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。

二是心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏。

截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。

在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效,导致接触冲刷,坝体和基础土料被带走,就会造成坝体严重破坏。

(二)坝身渗漏。

土石坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道,导致管涌的发生,甚至引起坝体的失事破坏。

具体地讲有以下几种情况:一是心、斜墙裂缝漏水。

稳定计算及洪水验算

渗流稳定计算考虑土的结构和摩檫力时，临界渗流坡降的计算公式为：I s＝γg/γ0-(1-n)+0.5n式中：γg＝△(1-n)I ＝h/Lγg —干容重γo —水容中n —孔隙率△—比重H —水位差( m )L —渗迳长度( m )计算渗透稳定安全系数远大于规定的安全系数，因此尾矿坝不会产生渗流破坏，满足渗流稳定的要求。

尾矿坝稳定分析尾矿坝的稳定计算及分析是十分重要的，但缺少详细资料，无法进行准确计算，设计根据经验参照相近矿山资料计算，拟静力法稳定计算，即将水平地震惯性力计入稳定计算公式中再用静力法作计算。

在此，参考采用相近矿山的尾矿强度指标计算。

3.3.8.1计算条件及方法①计算方法在进行尾矿坝体稳定性分析验算中，采用电算法，按相类似矿山尾砂及土料的物理性质及参照《选矿厂尾矿设施设计规范》取值。

计算中尾矿坝体分成3个区域，竖向分成20条，采用瑞典圆弧法计算机计算。

②计算断面：取最大断面，最高洪水位，进行计算。

③基本计算参数坝高：14.35m④计算条件：坝顶标高14.35 m ，库内最高水位8.86 m。

由于该地区基本地震烈度为6度，因此本次设计仅作坝体的静力稳定分析。

坝坡抗滑稳定最小安全系数6.3.8.2坝体的静力稳定分析㈠土层的物理力学性质土料物理力学性质指标㈡计算简图㈢稳定计算公式⑴ 简化毕肖普法()[]{}()[]()[]R M V W k b c ub V W K C /sin /'tan tan 1/1sec ''tan sec sec +±∑++-±∑=αϕααϕαα⑵ 瑞典圆弧法()[]{}()[]R M V W b c Q ub V W K C /sin sec ''tan sin sec cos +±∑+--±∑=ααϕααα式中：W ——土条重量；Q 、V —分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）； u ——作用于土条底面的孔隙压力；α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角； b ——土条宽度；C ′φ′—土条底面的有效应力抗剪强度指标； M c ——水平地震惯性力对圆心的力矩； R ——圆弧半径。

不同水位条件下均质土坝渗流及稳定性分析

表 2 渗流计算成果统计表
计算工况
水位（m）
渗透要素计算
出逸点比降
出逸点高程
单宽渗流量 m³/ （s·m）
死水位稳渗
1,827.95
1,812.87
1.25×10-5
正常蓄水位稳渗
1,837.40
0.38
1,823.07
3.8×10-5
场分析很有必要，以期为大坝的除险加固及稳定运行提供
采用伽辽金方法对前面的渗流微分方程 3-7 进行余量
参考。本文以白石冲水库均质土坝为研究对象，利用水工结构有限元分析系统（AutoBank7.05）渗流分析计算程
加权，可以得到二维有限元渗流方程：
A BT CB dAH A N T N dAH,t q L N T dL
渗流理论公式基于饱和-非饱和渗流达西定律：
Q K (h)H 可得到饱和状态和非饱和状态下的渗流微分方程如下：
x
kw
hw x
y
kw
hw y
0
x
kw
hw x
y
kw
hw y
mww g
hw t
w 为土体中渗流体的密度； hw 为某处一点的总水头，总水头大小为位置水头与压力水头之和；kw（在二维渗流计
收稿日期：2018-06-08 作者简介：李泽川（1995-），男，昆明理工大学，硕士研究生，主要从事工程地质和水文地质方面的研究。
第9期
李泽川等：不同水位条件下均质土坝渗流及稳定性分析
165
Байду номын сангаас
表 1 大坝渗流计算参透系数采用值
部位均质坝土（含砾石粘土）
坝前淤泥坝基基岩（砂岩、泥岩）
大坝渗流分区图

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。

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。

渗流计算内容

三、渗流计算内容（一）不透水地基均质坝渗流分析(1)下游有水而无排水或设贴坡排水情况(2)下游设有褥垫排水的情况或下游设有棱体排水且下游无水的情况(2)下游有堆石棱体排水且下游有水的情况（二）不透水地基心墙坝渗流分析计算时忽略上游坝壳段的水头损失，并将心墙简化为等厚的矩形断面，下游坝壳段与均质坝同样处理。

心墙简化为矩形，心墙段的单宽渗流量为：(1)假定下游坝壳逸出点位于下游水位与堆石内坡的交点A ，则坝壳内单宽流量表达式为：(2)由q= q1=q2，联立方程（1）和（2），可求出q 和h 。

下游坝壳的浸润线方程为：（三）有限深度透水地基土石坝渗流分析计算有限深透水地基上土石坝的渗流时，为简化计算，坝体内渗流仍可用上述不透水地基上土石坝的渗流计算方法确定渗流量及浸润线，坝基渗流则按有压渗流计算。

坝体渗流量与坝基渗流量之和即为总渗流量。

1、均质坝假设坝体的单宽流量为q1，坝基的渗透系数为kT ，透水地基深度为T ，单宽流量为q ′，上下游水头分别为H1和t 。

由达西定理可得地基内单宽流量q ′：将上式从上游面（x=0，y=H1）到下游面（x=L ，y=t ）积分得：)2/()(2211δh H k q c -=Lt h k q 2/222）（-=)2/(22q y h k x ）（-=LL可表示为L= L0+0.88T，式中0.88T为考虑进出口流线弯曲的影响的修正系数。

则通过坝体与坝基的总单宽流量为：2、心墙坝①地基上有混凝土防渗墙的心墙坝设心墙、砼防渗墙、下游坝壳、透水地基的渗透系数分别为kc、kD、k、kT 。

通过防渗心墙和地基砼防渗墙的渗流量为：(1)通过防渗心墙后的坝壳和地基防渗墙后的地基的渗流量为:(2)由q=q1=q2，联立求解式(1)和(2)即可得q和h 。

②地基上有截水槽的心墙坝，截水墙与心墙材料相同。

通过防渗心墙和地基截水墙的渗流量为：通过防渗心墙后的坝壳和地基截水墙后的地基的渗流量与地基中有混凝土防渗墙的心墙坝相同。

土石坝边坡稳定分析与计算方法

土石坝边坡稳定分析与计算方法1 稳定性理论分析土坝的稳定性破坏有滑动、液化及塑性流动三种状态。

〔1〕坝坡的滑动是由于坝体的边坡太陡，坝体填土的抗剪强度太小，致使坍滑面以外的土体滑动力矩超过抗滑力矩，因此发生坍滑或由于坝基土的抗剪强度缺乏，因此坝体坝基一同发生滑动。

〔2〕坝体的液化是发生在用细砂或均匀的不够严密的砂料作成的坝体中，或由这种砂料形成的坝基中。

液化的原因是由于饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，这时砂土孔隙中的水分不能立即排出，局部或全部有效应力即转变为孔隙压力，砂土的抗剪强度减少或变为零，砂粒业就随着水的流动向四周流散了。

〔3〕土坝的塑性流动是由于坝体或坝基内的剪应力超过了土料实际具有的抗剪强度，变形超过了弹性限值，不能承受荷重，使坝坡或者坝脚地基土被压出或隆起，因此使坝体的坝基发生裂缝、沉陷等情况。

软粘性土的坝或坝基，假设设计不良，就容易产生这种破坏。

进展坝坡稳定计算时，应该杜绝以上三种破坏稳定的现象，尤其前两种，必须加以计算以及研究。

2 PC1500程序编制根据及计算方法2.1 编制根据及使用情况综述PC1500程序在计算方法方面采用了瑞典条分法和考虑土条程度侧向力的简化毕肖甫法。

从对土料物理力学指标的不同选用又可分为总应力法，有效应力法和简化有效应力法。

程序规定，计算公式中无孔隙水压力为总应力法；计入孔隙水压力为有效应力法；令孔隙水压力一项为零而将孔隙水压力包含在土体重量的计算之中，称为简化有效力法[1]。

分别考虑了稳定渗流期，施工期，水位降落期三种情况。

程序按照“水工建筑物抗震设计标准〞，“碾压土石坝设计标准〞编制。

2.2 计算方法所谓网格法，要计算假设干滑弧深度，对每一滑弧度计算过程如下：以给定滑弧圆心为中心，以大步长向四周由49个点，逐一计算，找出平安系数最小的点，以该点为中心，以小步长向四周布49个点，计算后就找出相应该滑弧深度的最小平安系数。

混合法是先用网格法。

将大步长布下的49个点算完后，找出平安系数最小的点，转入优选法计算。