3.3土石坝的渗流分析.ppt

4.3 4.3 土石坝的渗流分析土石坝的渗流分析 渗流计算内容n确定坝体浸润线及下游出逸点的位置；n确定坝体与坝基的渗流量；n确定坝体出逸段与下游坝基表面的出逸坡降，以及不同土层间的渗透比降2021/8/21渗流分析的计算情况n上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；n上游设计洪水位与下游相应的水位；n上游校核洪水位与下游相应的水位；n库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况2021/8/22n渗流分析的方法n流体力学方法n水力学方法n流网法n试验法2021/8/23渗流分析的水力学法 基本假定：基本假定：1 1）假设渗透系数）假设渗透系数K K在同一或相近的土料中在同一或相近的土料中 各向同性；各向同性；2 2）假设坝体内部渗流为层流，认为坝内渗）假设坝体内部渗流为层流，认为坝内渗 流符合达西定律；流符合达西定律；3 3）假设坝体内部渗流为渐变流（杜平假定））假设坝体内部渗流为渐变流（杜平假定），认为渗流场中任意过水断面各点的水，认为渗流场中任意过水断面各点的水平流速和比降都是相等的平流速和比降都是相等的2021/8/24基本思路基本思路 ①①把坝内渗流区域划分为若干段（一般为两段）把坝内渗流区域划分为若干段（一般为两段）②②建立各段水流的运动方程式建立各段水流的运动方程式③③根据渗流的连续性原理求解渗流要素和浸润线根据渗流的连续性原理求解渗流要素和浸润线2021/8/25渗流基本公式渗流基本公式2021/8/26不透水地基、下游无排水设施的均质坝不透水地基、下游无排水设施的均质坝n当地基渗透系数小于坝体渗透系数100倍以上时，通常认为地基为不透水地基。

n在实际工程中，均质坝较少（均质坝对坝体填料的要求较高），而下游无排水设施的均质坝则更少2021/8/27以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形2021/8/28浸润线方程浸润线方程渗流量（联解两方程）渗流量（联解两方程）2021/8/29几点说明几点说明n① 当下游无水时，取H2=0；n② 当下游有贴坡排水时，由于贴坡排水不改变坝体浸润线，因此上述各式也适用；n③ 进口部分浸润线调整：从上游计算水位与上游坝坡的交点A出发，手绘一条曲线，与原浸润线相切，切点记为A’，这样所得到的曲线AA’B’即为实际坝体中的计算浸润线2021/8/210n各种不同类型地基土坝的渗流计算各种不同类型地基土坝的渗流计算 P130表表4-62021/8/211总渗流量的计算总渗流量的计算n根据地形和坝体结构，沿坝轴线将坝划分为若干段根据地形和坝体结构，沿坝轴线将坝划分为若干段（（n n段），各段的长度分别为段），各段的长度分别为L L1 1、、L L2 2、、…………、、L Ln n，分，分别计算各段的平均渗流量别计算各段的平均渗流量q q1 1、、q q2 2、、…………、、q qn n。

总渗流量计算示意图2021/8/212土石坝土石坝几点说明几点说明n（（1 1）前面所介绍的是几种比较简单的情况下的）前面所介绍的是几种比较简单的情况下的渗流计算但在实际工程中，常常会遇到很多渗流计算但在实际工程中，常常会遇到很多比较复杂的情况比如：多种土质的问题，渗比较复杂的情况比如：多种土质的问题，渗流的各向异性问题，水位骤升骤降下的不稳定流的各向异性问题，水位骤升骤降下的不稳定渗流问题等等这些问题，有些是用水力学法渗流问题等等这些问题，有些是用水力学法可以解决的，也有一些是单独用水力学法不能可以解决的，也有一些是单独用水力学法不能解决的2021/8/213n（（2 2）前面所介绍的水力学方法，从根本上将）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，仍然是一种有不同。

坝工学到目前为止，仍然是一种半理半理论半经验性的学科论半经验性的学科，土坝渗流计算是理论分析、，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上的不同，没有实质意义上的区别2021/8/214n（（3 3）在渗流计算中采用的渗透系数等参数常常）在渗流计算中采用的渗透系数等参数常常与坝体及坝基的实际情况有较大的差距因此，与坝体及坝基的实际情况有较大的差距因此，理论计算结果可能与实际情况相去甚远实测理论计算结果可能与实际情况相去甚远实测资料表明，有些坝的实测渗流量与计算值相差资料表明，有些坝的实测渗流量与计算值相差数十倍之多因此，在土坝渗流问题的理论计数十倍之多因此，在土坝渗流问题的理论计算中，要算中，要特别重视计算参数的选择特别重视计算参数的选择，力争接近，力争接近实际情况同时，还要特别重视实验研究和渗实际情况同时，还要特别重视实验研究和渗流原型监测。

在很多情况下，土坝渗流原型监流原型监测在很多情况下，土坝渗流原型监测是了解土坝渗流状况、发现土坝安全隐患、测是了解土坝渗流状况、发现土坝安全隐患、确保土坝安全的最重要的手段确保土坝安全的最重要的手段2021/8/215第三节第三节 土石坝的渗流分析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的渗透变形及其防止措施 土土石石坝坝在在渗渗流流的的作作用用下下可可能能发发生生渗渗透透变变形形，，造成坝脚产生渗透破坏，甚至会导致工程失事造成坝脚产生渗透破坏，甚至会导致工程失事1 1）管涌）管涌 在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从在渗流作用下，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骨架孔隙中连续移动和流失的现象 （（2 2）流土）流土 在渗流作用下，土体从坝基表面隆起、顶在渗流作用下，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穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象 2021/8/216（（3 3）接触冲刷）接触冲刷 当当渗渗流流沿沿两两种种不不同同的的土土层层接接触触面面流流动动时时，，沿沿层层面面夹夹带带细细小小颗颗粒粒流流失失的的现现象象，，一一般般发发生生在两层级配不同的非粘性土中。

在两层级配不同的非粘性土中4 4）接触流失）接触流失 渗流沿层次分明、渗流系数相差悬殊的渗流沿层次分明、渗流系数相差悬殊的两相邻土层的垂直面流动中，将渗透系数较两相邻土层的垂直面流动中，将渗透系数较小土层中的细小颗粒带入渗透系数较大土层小土层中的细小颗粒带入渗透系数较大土层中的现象中的现象 2021/8/217渗透渗透变变形型式的判断形型式的判断n判判断断土土体体可可能能产产生生何何种种型型式式的的渗渗透透变变形形是是比比较较困困难难的的，，目目前前尚尚无无严严格格意意义义上上的的理理论论计计算算方方法法，，主主要要是是根根据据实实验验资资料料和和工工程程经经验验得得出出的一些的一些经验经验性的判断方法性的判断方法2021/8/218 以以土土体体中中的的细细粒粒（（粒粒径径小小于于2mm2mm的的））含含量量p pz z作作为为判断依据的方法判断依据的方法n当当土土体体中中的的细细粒粒含含量量p pz z>35%>35%时时，，孔孔隙隙填填充充饱饱满满，容易，容易产产生流土；生流土；n当当土土体体中中的的细细粒粒含含量量p pz z<25%<25%时时，，孔孔隙隙填填充充不不足，容易足，容易产产生管涌；生管涌；n当当土土体体中中的的细细粒粒含含量量25%> 25%> p pz z >35%>35%时时，，可可能能产产生管涌或流土，依土体的生管涌或流土，依土体的紧紧密度而定。

密度而定2021/8/219防止渗透防止渗透变变形的工程措施形的工程措施两个方面着手：两个方面着手：n尽量降低尽量降低坝坝体和体和坝坝基中的渗透坡降；基中的渗透坡降；n增加渗流出入口增加渗流出入口处处土体抵抗渗透土体抵抗渗透变变形的能力形的能力具体的工程措施：具体的工程措施：n全面截阻渗流；全面截阻渗流；n延延长长渗径；渗径；n设设置置排排水水设设施施、、反反滤滤层层、、排排渗渗沟沟、、排排渗渗减减压压井、盖重等井、盖重等2021/8/220反 滤 层n作用：滤土排水，防止水工建筑物在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面的接触冲刷n位置：在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，以及渗流逸出处或进入排水处 2021/8/221•组成组成 二至三层粒径不同的砂、石料铺筑而成，层面与二至三层粒径不同的砂、石料铺筑而成，层面与渗流方向尽量垂直，小粒径渗流方向尽量垂直，小粒径→大粒径n要求要求n相邻层细粒不能穿过粗粒空隙；相邻层细粒不能穿过粗粒空隙；n各层稳定，不能移动；各层稳定，不能移动；n不能被细粒堵塞；不能被细粒堵塞；n耐久稳定，不改变性质耐久稳定，不改变性质。

2021/8/222 反滤层类型nⅠ型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的下部，渗流方向主要由上向下，如褥垫排水；nⅡ型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的上部，渗流方向主要由下向上，如减压沟的反滤层2021/8/223 过渡层：避免刚度相差较大的两种土料之间产生急剧的变形和应力n 反滤层可以起过渡层作用，但过渡层不能做反滤层2021/8/224部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！。