大坝渗流分析讲诉.ppt

2019/4/27 1 § 3 土石坝渗流分析 一、概述 二、水力学法 三、流网法 四、渗透变形及防止措施 2019/4/27 2 一、渗流分析概述 分析目的： ? 检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡 稳定 ? 进行 防渗布置 与 土料配置 ，根据坝内的渗流参数与 逸出坡降，检验土体的渗流稳定，防止发生管涌和流 土，确定坝体及坝基中防渗体和排水设施。 ? 确定通过坝及两岸的 渗流量 并设计 排水 系统的容量 2019/4/27 3 渗流计算内容： ? 确定坝体 浸润线 及下游 出逸点 的位置，绘制坝体及 坝基内的 等势线 分布图或流网图； ? 确定坝体与坝基的 渗流量； ? 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； ? 确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙 压力； ? 确定坝肩的等势线、渗流量或渗透比降。 2019/4/27 4 渗流计算应包括以下水位组合情况： ? 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 ； ? 库水位降落时上游坝坡稳定最不利 的情况。 渗流计算应考虑坝体和坝基渗透系数的 各向异性 。计算 渗流量时宜采用土层渗透系数的大值平均值，计算水位降落 时的浸润线宜采用小值平均值。 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。 2019/4/27 5 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。 达西定律： x H k J k v x x x ? ? ? ? ? y H k J k v y y y ? ? ? ? ? 连续条件： 0 y x ? ? ? ? ? ? y x v v 二维渗流方程： 0 y x 2 2 2 2 ? ? ? ? ? ? H k H k y x 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）。 2019/4/27 6 基本要点 : 将坝内渗流分成若干段（即分段法），应用达西定律 和杜平假定（假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相 等），建立各段的运动方程，根据水流连续性求解流速、 流量和浸润线等。 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 2019/4/27 7 平均流速： 单宽流量： x y ky q ? ? ? ? ? ? y v x y k kJ v ? ? ? ? ? 自上游面（ x ＝ 0 ， y=H1) 至下游 面（ x=L,y=H2) 积分得： L k q H H 2 2 2 2 1 ? ? L H H k q 2 ) ( 2 2 2 1 ? ? x k q y H 2 2 2 1 ? ? 积分（ * ），可得浸润线方程： （ * ） （△） 2019/4/27 8 （一）不透水地基上均质土坝的渗流计算 1 、均质坝的渗流计算 20 世纪 20 年代前苏联学者提出，以浸润线两端为分界线， 将均质土坝分为 3 段：上游楔形体、中间段和下游楔形体， 分别列出计算公式，再根据水流连续原理求解，称为“三段 法”。 2019/4/27 9 1 1 1 2 1 H m m L ? ? ? 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 上式根据流体力学和电拟试验得到，式中 m 1 为上游坝坡 坡率； H 1 为坝前水深。 2019/4/27 10 通过第一段 EOB B 的渗流量为： 2 0 2 1 1 2 ] ) ( [( L t a H k q ? ? ? 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： ) ln 1 ( a 0 2 0 2 t t a m k q ? ? ? 根据水流连续条件 q ＝ q 1 ＝ q 2 ，联立以上两式，可求得 a 0 和 q 。浸润线方程