(用手算方法计算均质土坝渗流稳定.docxVIP

某水库均质土坝渗流稳定计算1．渗流允许坡降（允）对粉质黏土，可按下式计算： 允 式中 —土粒比重，取2.73； —土的孔隙率；=0.849 /（1+0.849）= 0.4592；—土的黏聚力，取7.0 kPa；—水的重度，取10 kN/m3； —安全系数，取2.0。经计算得 = 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1.64×10-6 cm/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： 式中 —单位渗流量，m3/s·m；—渗透系数，取坝体平均渗透系数6.43×10-5cm/s（0.0556m3/d）；—上游水深，m；—下游水深，取7.45m；—上游坡比，取2.0；—下游坡比，取2.0；—下游水位以上出逸点高度，m； —下游坝坡坡角，。浸润线方程为： 渗流计算可采用迭代方法求解，即先假设一个值，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的非线性方程，即： 满足的值即为所求。方程（5）可用有关科学计算软件（如Mathcad等）进行求解，且计算精度较高。非稳定渗流期计算简图如图2：图2 某水库非稳定渗流期计算简图（无排水设备）非稳定渗流期浸润线方程为： 式中 —通过计算断面的渗流量，m3/s·m； —渗透系数，取坝体平均渗透系数6.43×10-5cm/s（0.0556m3/d）；—在计算点上游处坐标原点断面上浸润线的高度，m。水库水位降落的某一时刻，坝体内两部分（和）浸润线方程分别为： 式中 为常数（可由边界条件计算），坐标见图2。水库水位降落经历时刻时，浸润线上点处水深可按以下算式联立计算： 式中 —浸润线上点处的水深，m； —水库水位降落后的坝前水深，m；—水库水位降落高度，m；—坝上游水深，m；—坝下游水深，m；—坝上、下游水位差，m；—浸润线上点到坐标原点的水平距离，m；—浸润线上点到点的水平距离，m；—土的排水率（或吸水率），。令式（6）= 式（7），可得：将已知值代入式（8），取，解该非线性方程得，并由式（7）或式（8）解得，然后即可求得段和段的浸润线方程。而由不稳定渗流恢复到降后水位（8.61m）的稳定渗流，所需时间（此时）。3．渗流计算结果分上游正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位及上游水位降落（下游水位均为7.45m）四种工况进行计算。渗流计算结果见表1（括号中数字为上游坡的相应渗流坡降）。表1 渗流稳定分析成果汇总表工 况上 游水 位（m）下 游水 位（m）出逸点高度h0（m）单 宽流 量平 均坡 降J出逸点坡 降J1允 许坡 降J允水 位降落期10.35～8.617.451.254/(0.217)0.219(0.434)0.4990.818正 常蓄水位8.617.450.9420.00430.0540.0770.818设 计洪水位9.867.451.1040.01390.1190.1910.818校 核洪水位10.357.451.2280.01890.1470.2120.818各工况浸润线方程如下：⑴正常蓄水位：；⑵设计洪水位：；⑶校核洪水位：；⑷上游水位降落：段：；段：。由表1计算成果表明，四种工况的平均坡降与出逸点坡降均小于允许坡降，且出逸点高度在下游水位以上0.5m以内，均满足设计规范要求，一般情况下不需要进行渗流安全加固设计。5