土石坝粘土心墙的渗透系数统计分析
粘土心墙坝渗流及稳定性分析
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｕ ３ ７
引言
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ — ０ ２ １ 卜０ ２
四 、 计 算 结 果 分 析
１ ． 坝 体 渗 流 计 算
（ Ｓ Ｌ ２ ７ ４ — ２ ０ ０ １ ）中 ８ ． １ ． ２条规 定，分别考虑上游正常蓄水 位与下游相 应的最低水位 、上 游设 计洪水位与 下游相应 的水
位 、 上 游校 核 洪 水 位 与 下 游 相 应 的 水 位 三 种 水 位 组 合 的 渗 流
一
、
位 情况稳定渗流期下游 坝坡、设计洪水位稳定渗流期 坝坡、
校 核 洪 水 位 稳 定 渗 流 期 下游 坝 坡 、 正 常 运 用 遇 地 震 下游 坝 坡
实 际工 程 中 的渗 流 稳 定 性 问题 早在 ２ ０ 世 纪 初 就 得 到 了
国内外学者广泛 重视 ，他们不仅从 工程实践方 面积 累了大量
结 合 该 粘 土 心 墙 坝 的 实 际运 用 情 况 ： 设 计 洪 水 位 １ ， ０ ３ ６ ． ５ ｍ； 校核洪水位 １ ， ０ ３ ６ ｍ；正常蓄水位 １ ， ０ ３ ５ ｍ， 进
行 三种 工 况 下渗 流计 算 。 （ １ ） 自 由水 面 位 置
工况条件 ；依据该规范 中 ８ ． ３ ． １条规 定 ，分别考虑正常蓄水
际工程 中经 常碰到 ，水库 大坝表现尤为突 出。 因此有必 要依 据工程 实际加之 以数值模 拟 ，在理论分析 的基 础上对坝体进
粘土心墙土石坝工程防渗施工的技术处理
粘土心墙土石坝工程防渗施工的技术处理作者：陈鹏飞来源：《科技创新导报》2017年第14期DOI：10.16660/ki.1674-098X.2017.14.076摘要：粘土心墙土石坝属于一种常用的坝型，是经过各种土料、石料等混合处理过后不断地碾压形成的。
使用此种方式进行防渗施工具有相对比较简便、施工操作简单、工序环节少、应变性比较小、便于日常维修等优点，同时还可以节省材料。
该文笔者以某粘土心墙土石坝工程为例，根据大坝渗漏的主要原因以及类型，分析了粘土心墙土石坝防渗施工的技术处理措施。
关键词：粘土心墙土石坝防渗施工中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0076-021 大坝渗漏的主要原因与分析1.1 工程基本情况某水库项目总容量是1 980万m3，通常用于农作物灌溉，但是也可进行发电、水产养殖等。
主坝是一般土坝，利用粘土粘附避免出现渗漏的情况，坝底则使用帷幕灌浆填筑。
下文内容将根据此大坝的现状探究粘土心墙土石坝工程施工建设所用的防渗技术。
坝底出现渗漏的主要原因有：（1）大坝施工建设之前没有完全清理坝底，水库使用过程中出现渗漏；（2）施工环节缺乏截水槽设置，或是位置安放不合理，导致没有起到任何截水作用。
1.2 坝体渗漏的主要原因坝体出现渗漏的主要原因有：（1）土料不合格，施工使用的土料存在问题，不能满足基本的使用要求，会出现渗漏；（2）工程施工建设是分工分段进行的，整体进度不同，填筑的土层不一致，后续的环节不能有机地结合在一起，相邻的区域往往会出现松土带；（3）施工过程中设备准备不到位，坝体的碾压使用石碾，技术相对比较落后，碾压经常会出现不平整的状况，下游地区会出现渗漏等情况；（4）坝体填筑不合理，土层堆积过厚，机械设备部充足，不能完善地处理相关问题，因此造成土层上紧下松。
1.3 绕坝渗漏的主要原因绕坝出现渗漏的主要原因有：（1）施工过程中整体夯实程度不到位，截水槽没有合理安放，坝底清理不彻底，造成岸坡连接性不强；（2）周围岩体损坏，透水量严重；（3）防水装置在坝体内，内部的截流工作没有做到位。
3.3土石坝的渗流分析
以土体中的细粒（粒径小于2mm的）含量pz 作为判断依据的方法。 当土体中的细粒含量 p >35% 时，孔隙填充饱 z 满，容易产生流土； 当土体中的细粒含量 p <25% 时，孔隙填充不 z 足，容易产生管涌； 当土体中的细粒含量 25%> p >35% 时，可能 z 产生管涌或流土，依土体的紧密度而定。
（2）前面所介绍的水力学方法，从根本上将 是一种近似的计算方法。这主要是由于坝体特 别是坝基的实际情况十分复杂，难以用理论公 式严格地表述。因此，上述所介绍的公式可能 与同学们在其他参考书籍中看到的公式可能略 有不同。坝工学到目前为止，仍然是一种半理 论半经验性的学科，土坝渗流计算是理论分析、 试验研究和工程经验的结晶。因此，不同书籍 的土坝渗流计算公式在表述上略有不同是正常 的。这种不同主要来源于对坝体及坝基的简化 上的不同，没有实质意义上的区别。
第三节 土石坝的渗流分析
土石坝的渗透变形及其防止措施
土石坝在渗流的作用下可能发生渗透变形， 造成坝脚产生渗透破坏，甚至会导致工程失事。 （1）管涌 在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从 骨架孔隙中连续移动和流失的现象。
（2）流土 在渗流作用下，土体从坝基表面隆起、顶 穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象。
各种不同类型地基土坝的渗流计算
P130表4-6
总渗流量的计算
根据地形和坝体结构，沿坝轴线将坝划分为若干段 （n段），各段的长度分别为L1、L2、……、Ln，分 别计算各段的平均渗流量q1、q2、……、qn。
1 Q [q1 L1 (q1 q 2 ) L2 (q n 1 q n ) Ln 1 q n Ln ] 2
渗流分析的方法
流体力学方法 水力学方法 流网法 试验法
粘土心墙土石坝工程的防渗技术
粘土心墙土石坝工程的防渗技术摘要】：随着我国经济社会的不断进步，水利工程建设也在不断地发展，但水利工程建设也面临着渗漏水这一问题的考验，相关的工作人员也越来越重视这一问题。
本文结合案例，对粘土心墙土石坝工程的防渗技术进行分析。
【关键词】：粘土心墙；土石坝；防渗技术引言随着社会经济的发展，水利工程的发展也呈现出了良好的局势，粘土心墙土石坝工程作为水利工程中的重中之重，其防渗施工工艺备受我国以及相关政府部门的重视。
1、工程背景某水电站工程等别为二等工程，工程规模为大（2）型，电站枢纽主要由粘土心墙堆石坝、两岸泄洪洞和右岸引水发电建筑物等组成。
粘土心墙坝最大坝高79.50m，坝顶长526.7m，上、下游坝坡1：2，坝顶宽度12.0m。
坝体分为心墙、坝壳堆石、反滤层、过渡层四大区，坝体防渗采用粘土心墙。
坝基防渗采用塑性混凝土防渗墙，墙底深入相对不透水层⑨层壤土1.0m，总长21m。
上游坝坡复合土工膜、坝基防渗墙及相对不透水层共同组成大坝的防渗体系，这也是平原水库较为常用的防渗措施。
2、粘土心墙土石坝工程的防渗技术2.1施工顺序采用增量法考虑荷载的逐级施加，可反映结构本身随施工填筑、蓄水位增加等荷载变化对应力变形的影响。
在水库施工中，防渗墙有时会先于坝体施工，在施工阶段兼做防渗帷幕使用，等坝体填筑完成蓄水后，又可作为防渗体进行防渗。
平原水库除险加固工程中，坝体前期已经填筑完成，在加固时需采用防渗墙做防渗处理。
本次计算模拟这两种比较常用的施工顺序：先建防渗墙后填筑坝体；先填筑坝体后建防渗墙。
2.2防渗墙位置工程中，防渗墙的位置会根据防渗效果，工程投资、地质条件等因素的不同，在坝体中的位置也会有所不同，分析计算时建立初始应力和动态荷载变形模型，分别考虑防渗墙在①上游压重前、②上游坝脚前、③上游1/2坝坡处和④坝中4个工程中常见的位置。
2.3槽段划分根据墙体厚度和河床地质条件，机械造孔混凝土防渗墙不分缝，初拟12m为一个槽段，每个槽段分两序施工。
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。
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。
土石坝渗流分析
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①下游无排水 用一个等效矩形体代替上游楔形体，把此矩形体与原三 段法的中间段和而为一，成为第一段，下游楔形体为第二段。 虚拟上游面为铅直的，距原坝坡与设计水位交点A的水平距 离为Δ L m1 L H1 1 2m1 上式根据流体力学和电拟试验得到，式中m1为上游坝坡 坡率；H1为坝前水深。
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渗透稳定和渗透坡降及土的组成有关，增加抗渗 稳定的工程措施：降低渗透坡降；增加渗流出口处土 体的抗渗能力。 具体有：①增大渗径，降低渗透破坏或截阻渗流； ②设排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗透压 力。在可能发生管涌地段，需设反滤层，拦截细粒； 可能发生流土地段，加设盖重。
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
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kc H12 h 2 kc H h q1 T 2 sin 1
k h 2－t 2 kT h t q2 T 2L1 L 0.44T
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公式计算时，可作如下简化： 渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层，采 用加权平均渗透系数； 双层结构坝基，如下卧土层较厚，且渗透系数小于 上覆土层渗透系数的1/100，可将下层视为相对不透水 层； 当透水层坝基深度大于建筑物不透水层底部长度的 1.5倍以上时，可按无限深透水层情况估算。
4(2).土石坝(第三节：渗流分析)
有截水槽的心墙坝渗流计算
通过心墙和截水墙渗流量：
( H 1 T ) 2 (h e T ) 2 q ke 2
通过下游坝壳和透水地基的渗流量：
2 he H 2 he H 2 2 qk kT T 2L 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
第三节
土石坝的渗流计算
在初步拟定土石坝的断面尺寸和主要构造形式及 尺寸(如防渗、排水)以后，为了进一步校核其合 理性，还必须进行渗流计算及稳定分析。 土石坝渗流计算的目的和内容 确定坝体浸润线及下游逸出点的位置，为 坝体稳定计算提供依据 计算坝体和坝基的渗流量，估算水库的渗 漏损失； 求坝体和坝基局部的渗透坡降，验算该处 是否会发生渗透破坏。
x dy a0 H2 y
dy k m2
a0 q1 k m2
a0 dq 2 k dy m2y
q2 a0 q q1 q2
a0 H 2
a0 k dy m2y
a0 a0 H 2 q2 k ln m2 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
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。
A H1 ke
k he
B
T
Ln
L
H1 h e q KT T n(Ln m1he )
联立求解q及he 返回
2 he H 2 he H 2 2 qk kT T 2(L m1he ) n(L m1he )
1
2qx k(H1 y )
2 2
浸润线方程
代入边界条件可得坝身渗流量：
粘土心墙土石坝工程中防渗施工的工艺分析
粘土心墙土石坝工程中防渗施工的工艺分析摘要：粘土心墙土石坝工程中普遍的存在着坝体渗漏以及浸润线抬高等病害，这些问题的存在极大危害了水库的安全及正常运行。
就目前来看，防渗处理的措施较多，但是如何因地制宜的选择防渗处理方案以及满足除险加固工程的经济性、可实施性以及安全与环保的要成为了当下亟待解决的问题。
本文以某工程为例，从大坝渗漏的成因以及类型入手，重点论述了粘土心墙土石坝的主要防渗处理措施。
关键词：粘土心墙；土石坝；防渗；措施粘土心墙土石坝作为一种应用广泛的一种坝型，是一种由石料、土料或者混合料经过抛填以及碾压等方法堆筑而成。
这种坝型具有施工技术简单、工序少、适应变性、便于维修与扩建，同时大量的节省了钢材、水泥等重要建筑材料，从而减少了筑坝材料的远途运输。
但是由于自身不能溢流，从而在施工导流方面没有混凝土坝方便。
1、大坝渗漏的成因与分析1.1 工程概况及坝基渗漏的主要原因某水库总库容1980万m3，属于ⅲ等工程，是一座灌溉为主，同时兼顾发电、防洪以及水产养殖等综合利用型水库。
大坝的主坝为碾压均质土坝，通过粘土套井来实现防渗，而在坝基采用垂直帷幕灌浆实施防渗。
下面以此坝为例对粘土心墙土石坝工程中防渗施工的工艺进行简要论述。
坝基渗漏的可能原因有两个：①清基不彻底或者没有进行清基，从而致使水库在建成不久就出现了漏水现象；⑦可能是由于施工中没有考虑设置截水槽或者截水槽的设置不科学，致使在使用中被击穿。
1.2 坝体渗漏的主要原因坝体的渗漏原因主要有四个：①土料不达标。
在施工中土料场勘测设计存在缺陷，致使使用的防渗土料不能满足设计需求，从而导致渗漏出现；⑦工程在施工中采用了分组分块包干的方式，致使施工中各层面的施工速度不一致，从而导致填筑的土层不同。
最终导致相邻两块的结合处产生漏压的松土带；③由于施工期间缺乏大型的施工器械，坝体采用石碾碾压而成，而落后的碾压方式导致了施工质量差以及下游坝坡出现了大面积的渗漏现象；④在坝体分层填筑期间，由于土层填筑过厚，同时施工的机械功能不足，从而导致土层上部紧密而下部疏松。
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。
土石坝粘土心墙的渗透系数统计分析
土石坝粘土心墙的渗透系数统计分析作者：王天民张哲元张璐云来源：《科学家》2017年第11期摘要自20世纪60年代起，为满足国民经济的发展需要，全国各地开始大量兴建造价低、建设期短的土石坝水库。
由于当时建设技术相对不高，所以水库质量参差不齐，现阶段大多渗漏现象严重，多数处于带病工作状态，从而严重影响了水库本身的经济效益。
而对于土石坝水库，防渗措施主要是设置粘土防渗墙。
本文根据2007年汇总的493座大型水库，统计研究其粘土心墙的相关参数，得出相关规律，为今后大坝修建，提供必要的数据支持。
关键词粘土心墙；渗透系数；粘粒含量；粘聚力；内摩擦角；水库中图分类号 TV64 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0098-021 土石坝粘土心墙参数土石坝粘土心墙参数统计表如表1所示。
根据图1渗透系数统计图可知，土石坝水库粘土心墙渗透系数多集中于10-4～10-6cm/s之间，根据《水利与建筑工程质量要求》规定，发现其渗流量不满足规定要求，表明现存土石坝水库渗漏现象较为普遍，亟需解决渗漏问题。
根据图2渗透系数与粘粒含量分布图，了解到在粘粒含量少于40%时，粘土心墙的渗透系数随着粘粒含量的增加而逐渐降低，防渗效果逐渐变好。
而在粘粒含量高于40%时，粘土心墙的渗透系数便不随粘粒含量的变化而变化，而是集中于分布在10-5～10-6cm/s。
表明在設置粘土防渗墙时，在粘粒含量未超过40%情况下，可以通过选取粘粒含量高的土来提高防渗效果，在粘粒含量超过40%的情况下，这种方法便已不再适用，必须要通过其他方法提高防渗效果。
根据图3粘聚力与粘粒含量关系曲线可知，随着粘粒含量的增加，粘土的粘聚力逐步开始提高，抗剪能力逐步增强，粘土心墙的防渗效果愈好。
粘粒含量越高，表明土颗粒间的距离越接近，即单位面积上土粒的接触点愈多，根据饱和土的抗剪强度机理，则其原始粘聚力愈强。
根据图4内摩擦角与粘粒含量关系曲线可知，随着粘粒含量的增高，心墙粘土的内摩擦角逐步开始降低。
粘土心墙坝渗流场分析
粘土心墙坝渗流场分析刘永豪,涂兴怀,李飞燕(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039)摘 要:通过渗流场和温度场的基本微分方程及边界条件的比较分析,将ANSY S 软件的热分析模块应用于渗流场的分析,并采用生死单元技术,通过迭代算法计算自由水面位置(浸润线),解决了某实际工程粘土心墙土石坝渗流稳定问题的求解。
该方法可以解决复杂边界、多种介质的渗流问题,同时为其他实际工程设计应用提供了强有力的手段。
关键词:A NSYS 软件;生死单元;渗流场;浸润线中图分类号:TV222.2 文献标识码:A 文章编号:1006-3951(2008)03-0037-04The Analysis of Clay Core Earth -Rock Fill Dam Seepage Flow FieldLIU Yong -hao ,TU Xing -Huai ,LI Fei -yan(School of Ener gy and Envir onment ,Xihua University ,Chengdu 610039,Sichuan Province ,China )A bstract :According to the c omparison and analysis of the seepa ge flow field and temperature field 's fundamental differ -ential equations and boundary conditions the ANSYS software 's thermal analysis module is applied to the analysis of seep -age flow field and the element birth -death technique is adopted to solve the seepage flow stability problem of the clay core earth -rock fill dam for a specific project by calculating the free water surface position (saturation line )using the ite -rative c omputing method .This method can solve the seepage flow pr oblem with c omplex boundaries and mediums .Keywords :ANSYS software ;element birth -death ;seepage flow field ;saturation line1 前言从20世纪初开始,渗流对工程的影响已为工程界广泛重视,许多工程技术人员及学者从工程实践和理论两方面进行了大量研究,并取得了许多有价值的成果,既解决了工程中的实际问题,又丰富和发展了渗流理论。
粘土心墙土石坝坝体结构设计及渗流稳定分析
图1粘土心墙土石坝典型断面图
2.1 堆石护坡 护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球
形直径和质量、平均粒径、平均质量和厚度按下式
收稿日期：2019-11-01 作者简介：陈平川（1977 -），男，高级工程师，主要从事
水环境治理、水资源开发及利用等方面的研究 工作。
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确定：
p D
2粘土心墙土石坝坝体结构
粘土心墙土石坝上游坡1-3.0,下游坡1-2.5,
坝顶高程106.50 m,宽度8 m,坝顶上游设1.2 m 高防浪墙。坝体采用粘土心墙防渗，坝基采用帷幕 灌浆防渗。粘土心墙顶部厚3.00 m,两侧坡比 1-0.25,粘土心墙外设反滤带和过渡区，反滤带宽 1.00 m,过渡区宽3.00 m。上、下游坝坡均采用 1.00 m厚堆石护坡。上游堆石护坡下设0.8 m厚反 滤层，下游堆石护坡高程93.00 m以下设0.8 m厚 反滤层，下游坝壳与坝基接触区设1m厚反滤层; 坝基沿坝轴线铺筑1.0 m厚、3.0 m宽垫层混凝土
坝体的防渗依靠粘土心墙体，心墙防渗体顶部 厚3.00 m,两侧坡比1：0.25。大坝防渗粘土料应 采用经过挑选的不透水材料，要求无任何有机物 （植物残渣），水溶盐含量不大于5%,最大颗粒尺 寸不超过15 mm,渗透系数不大于1025cm/s。粘土 料压实度应不小于98%。 2.4 坝壳料
坝壳料主要采用开挖的土石料（包括厂房及泄
SMALL HYDRO POWER 2020No. 1, Total No. 211
表2计算工况及荷载组合
渗透系数/（cm・s2：L）
2x10"6 2xl023 5xl022
lxlO0 6x 10-4 5x 10" 1 x 10"6
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。
土石坝_粘土心墙
目录1 基本资料 (4)1.1工程概况 (4)1.2水文气象 (4)1.3地形地质 (4)1.4茅坪溪防护大坝 (5)1.4.1 设计标准 (5)1.4.2 平面布置 (5)1.5其它设计资料 (5)1.1.1 1.5.1 工程特征水位 (5)1.5.2 地震烈度 (5)1.5.3 筑坝材料的技术指标 (5)1.6设计内容与要求 (6)1.6.1 设计目的 (6)1.6.2 设计内容 (7)2 坝址及坝型的选择 (7)2.1坝址的选择 (7)2.2土坝对地基的要求 (8)2.3坝型选择 (8)2.3.1 各种坝型的比较 (8)2.3.2土石坝类型的选择 (9)3 坝工设计 (10)3.1坝顶高程 (10)3.1.1 按正常情况下计算坝顶高程 (11)3.1.2 按非常情况计算坝顶高程 (12)3.1.3 考虑地震影响计算坝顶高程 (13)3.1.4 确定坝顶高程及坝高 (13)3.2坝顶宽度 (13)3.3坝坡 (14)3.5排水体设备 (15)4 渗流计算 (16)4.1设计说明 (16)4.1.1 土石坝渗流分析的任务 (16)4.1.2 渗流分析的工况 (16)4.1.3 渗流分析的方法 (16)4.2渗流计算 (16)4.2.1 基本假定 (16)4.2.2 渗流计算基本公式 (16)4.3渗流计算过程 (18)4.4渗流稳定结果分析 (21)4.4.1 正常蓄水位下渗流稳定分析 (21)4.4.2 校核洪水位下渗流稳定分析 (22)5 土石坝坝坡稳定分析及计算 (22)5.1设计说明 (22)5.1.1 设计任务 (22)5.1.2 计算工况 (22)5.1.3 计算断面 (23)5.1.4 控制标准 (23)5.2稳定计算 (23)5.2.1库水位最不利时的上游坝坡 (23)5.2.2 施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算及稳定渗流期的计算 (28)6.土石坝的构造设计 (41)6.1坝顶 (41)6.2护坡与坝坡排水 (41)6.3坝体排水设备 (43)7. 沉降量计算 (44)7.1坝体的沉降量计算 (44)7.2坝基沉降量计算 (45)8.地基处理 (48)8.1坝基清理 (48)8.2坝的防渗处理 (48)8.3土石坝与坝基的连接 (48)9.土石坝土料的选择 (49)9.1坝壳的土石料选择要求 (49)9.2防渗体土石料的选择要求 (49)9.3对排水设施和护坡的结构布置 (49)9.4反滤层的结构布置 (50)10. 工程量计算 (50)10.1坝基开挖工程量计算 (50)10.2坝体工程量计算 (50)谢辞 (53)参考文献 (54)1 基本资料1.1工程概况茅坪溪防护工程的缘由：茅坪溪是长江上的小支流，其出口位于三峡大坝上游约1km 的右岸。
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在进行土石坝渗流分析时，使用水力学方法可以帮助我们了解渗流水平和对土石坝稳定性的影响。
下面是在进行土石坝渗流分析时需要注意的一些事项：1.坝体渗流路径的确定：在进行土石坝渗流分析之前，需要先确定坝体渗流路径。
了解渗流的路径对于模型建立、边界条件的设置和结果分析非常重要。
渗流的路径可以通过现场勘探、孔隙水压力数据和地质地形等途径获取。
2.渗透系数的确定：渗透系数是衡量土质渗透性的一个重要参数。
根据土质特性和现场实测数据，可以采用实测法、试验法或者理论计算法来确定渗透系数。
确切的渗透系数可以提高模型的准确性和可靠性。
3.方程的选取：在水力学模型分析中，通常可以使用斯托克斯方程或达西-康托尔方程作为基本方程。
根据坝体渗流的特点和条件选择适当的方程，以确保模型的准确性。
4.边界条件的设置：合理设置边界条件对于渗流分析具有重要作用。
边界条件包括渗流入口和渗流出口的水头和水量。
在实际分析中，需要根据情况设置合适的条件，例如模拟季节性降雨、水库水位变化等。
5.网格划分：网格划分是进行计算的基础，网格划分的精确度直接影响到结果的准确性和计算的稳定性。
需要根据坝体的形状、结构及周边环境等因素进行合理网格划分。
6.数值计算方法的选择：水力学方法通常可以采用有限差分法、有限元法和边界元法等进行数值计算。
根据模型的要求和计算条件选择适当的数值计算方法，并进行模型验证与分析。
7.检验结果的合理性：在模型计算结果出来之后，需要进行实际的检验和验证。
将计算结果与现场实测数据进行比较，检验计算结果的合理性和准确度。
如果存在较大误差或不符合实际情况，需要重新调整模型参数和边界条件，重新进行计算。
8.安全评估：根据渗流分析的结果，进行稳定性评估，确定土石坝的安全性。
对于存在渗流危险的地区，需要采取相应的加固措施，以确保土石坝的长期稳定运行。
总之，通过使用水力学方法进行土石坝渗流分析，可以提供重要的参考信息，帮助我们了解渗流情况和对土石坝的影响。
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图 ２ 渗透 系数 与粘粒 含 量分 布 图
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根 据 图 ２渗 透 系 数 与 粘 粒 含 量 分 布 图 ，了解 到在 粘 粒含 量少 于 ４ ０ ％时 ， 粘土 心墙 的渗透 系数 随 着粘 粒含
图 ｌ 渗 透 系数 统 计 图
根据图 １ 渗 透 系 数 统 计 图可 知 ， 土 石 坝 水 库 粘 土 心墙 渗 透系 数 多集 中于 １ ０ 一 ｃ ｍ ／ ｓ～ １ ０ ｃ ｍ ／ ｓ 之间 ， 根 据 《 水 利 与 建筑 工 程 质 量 要求 》 规 定 ， 发 现 其渗 流 量 不 满 足 规 定要 求 ，表 明现 存土 石 坝 水库 渗 漏 现 象较 为 普遍 ， 亟 需解 决渗 漏 问题 。
６ 老 君 山水库 ５ ． ３ ３×１ ０
１ ４ ． ８ ５
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２ １ ． ０ ０
２ ． ０ ９
２ ２ ． ６
２ ０ ． ９
４ ３ ． ０ ０
３ ２ ． ９ ９
赵 国忠 （ １ ９ ９ ４ ）， 李隆瑞 （ １ ９ ９ ２ ）
施 瑞庭 （ ２ ０ １ ０ ）
１ 土石 坝粘 土 心墙参 数
土石 坝粘 土 心墙 参数统 计表 如表 ｌ 所示。
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文 献来 源
蔺以 明 （ ２ ０ １ ６ ）
徐峰 （ ２ ０ ０ ５ ） 李琳 （ ２ ０ １ ２ ） 王 戈军 （ １ ９ ８ ６ ）
包 罗水库
龙 门口水库 南方城 水库 南湾 水库
６ ． ７ ３ ×ｌ ０
６ ． １ ７ Ｘ １ ０ 。 ’ ８ ． ３ ０ ×１ Ｏ ２ ． ７ ０ ×１ ０
８ ． ６ ７×１ ０
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３ ６ ． ４
２ １ ． ２ ０
５ １ ． Ｏ ０
刘晓峰 （ ２ ０ ０ ７ ）
７ ８
９
洋河 水库 汾 河 水库
红 山湾 水库
２ ． ５ ７ ×１ ０ ６ ． ４ ８ ×１ ０
５ ． ３ ２×１ Ｏ
１ ５ ． ４ ０ １ ７ ． ３ ０
１ ９ ． ７ ０
２ ０ ． ３ １ １ ． ０ Ｏ
３ ６ ． ８ Ｏ
２ ７ ． ７ ０
序 号 水 库名 称 渗 透 系数 ｃ ｍ ／ ｓ
１
２ ３ ４
天然 容重 粘 聚 力ｃ
（ ｋ Ｎ ／ ｍ ） （ ｋ Ｐ ａ）
表 １ 土石 坝 粘土 心墙 参数 统计表 内摩 天 然含 擦角 水 率 黏 粒含 量
（ 防 渗效 果逐 渐变 好 。而 在 粘粒含 量 高于 ４ ０ ％时 ， 粘 土心 墙 的渗透 系 数便 不 随粘 粒含 量 的 变化而变化 ， 而是 集中于分布在 １ ０ ｃ ｍ ／ ｓ ～ １ ０ 一 ｃ ｍ ／ ｓ 。 表 明在 设置 粘 土 防渗墙 时 ， 在 粘粒 含 量未超 过 ４ ０ ％情况 下 ， 可 以通 过 选取 粘 粒含 量高 的 土来 提高 防渗 效 果 ， 在 粘 粒 含量 超 过 ４ ０ ％的 情况 下 ， 这 种 方法 便 己不 再 适用 ，
科 学理论探 索
土石 坝粘土心墙 的渗透 系数统计 分析
王天 民 ， 张暂元 ， 张璐 云 长安大学地质工程与测绘学院 。 陕西西安
７ １ ０ ０ ２ １
摘 要 自 ２ ０ 世纪 ６ Ｏ 年 代起 ， 为 满足 国民经 济 的发 展 需要 ， 全 国各 地 开始 大 量兴 建造 价 低 、建 设期 短 的 土石 坝 水库。由于当时建设技术相对 不高 ， 所以水库质量参差不齐 ， 现阶段 大多渗漏现 象严重 ， 多数 处于带病工作状态 ， 从 而严重影响了水库本身的经济效益。而对 于土石坝水库 ， 防渗措施主要是设 置粘土防渗墙 。本文根据 ２ ０ ０ ７ 年汇 总的 ４ ９ ３ 座 大型水库 ， 统计研 究 其粘 土心 墙 的相 关参数 ， 得 出相 关规 律 ， 为今 后 大坝修 建 ， 提供 必要 的数 据 支持 。 关键 词 粘土 心墙 ； 渗 透 系数 ； 粘粒 含量 ；粘聚 力 ； 内摩擦 角 ； 水库 中图 分类 号 Ｔ Ｖ ６ ４ 文 献标 识码 Ａ 文章 编 号 ２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ７ ）ｌ １ — ０ ０ ９ ８ — ０ ２
田运 林 （ ２ ０ ０ １ ） 周 海龙 （ ２ ０ １ ６ ），王 彩 霞 （ ２ ０ １ ６ ）
２ ４ ． ０
１ ５ ． ３ ２ ６ ． ０ ５ ２ ． ２ ８
赵 苏红 （ ２ Ｏ １ ６ ）
１ ０ 乌拉 盖 水库
１ １ 横 山水库
１ ． ７ ６ ×１ ０