5.3 土石坝的渗流分析
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水力学法是一种用于土石坝渗流分析的重要方法,能够揭示坝体渗流问题的性质和规律。
在进行土石坝渗流分析时,需要注意以下几个方面:首先,在进行水力学分析之前,需要对土石坝的地质和水文地质条件进行全面的调查和研究。
通过分析岩土体的物理力学性质,确定土石坝的渗透系数,侧向渗流系数等基本参数,用以建立渗流模型并进行计算。
其次,在进行渗流模型的建立过程中,需要合理选择渗流方程和边界条件。
常用的渗流方程有达西-利奥斯(Darcy-Law)方程和理想渗流方程。
根据实际情况和问题要求,选择合适的渗流方程进行计算,并根据需求确定边界条件,如坝体上、下游水位,引水渠道、分水沟的水位等。
然后,在进行水力学模拟计算时,需要合理选择适当的计算方法和计算精度。
常用的计算方法有有限差分法、有限元法、边界元法等。
在选择计算方法时,要根据地质条件、水力条件和问题要求等因素综合考虑,确保计算结果的准确性和可靠性。
此外,要合理选择计算时间步长和计算范围,并进行合理的边界处理。
时间步长的选择要考虑到计算结果的精度要求和计算效率,一般要保持稳定性和收敛性。
计算范围的选择要根据实际情况,包括坝体和周围地质条件的研究结果,确定渗流范围并进行合理的边界处理。
最后,在进行计算之后,需要对计算结果进行合理的分析和评价。
要对渗流规律、渗流通道和水位变化等进行分析,并与实际情况对比,评估分析结果的可靠性和适用性。
同时,要对渗流问题的可能影响和风险进行合理预测和评估,为工程设计和运维提供科学依据。
综上所述,用水力学法进行土石坝渗流分析时,需要注意地质条件和水文地质的调查研究,合理选择渗流方程和边界条件,合理选择计算方法和计算精度,合理选择计算时间步长和计算范围,并进行合理的边界处理,最后对计算结果进行分析和评价。
这些注意事项能够保证土石坝渗流分析的准确性和可靠性,为工程建设和运维提供科学支撑。
土石坝渗流破坏类型分析及防治措施

土石坝渗流破坏类型分析及防治措施摘要:根据国内外大量失事大坝资料证实,由渗透破坏引起的事故占到四成以上。
因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。
本文对土石坝渗流破坏机理进行分析及总结出防治方法措施关键词:土石坝渗流破坏防治措施土石坝是应用最广的挡水建筑物,用散粒材料填筑在不同的坝基上,挡水后上下游的水头差引起了水通过坝体、坝基及两岸坡向下游渗流。
由于勘测设计不当、施工质量不良和管理运行不当以及渗流、地震等,使土石坝及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。
重要的病害有渗流破坏、滑坡、裂缝、地震震害和液化及其他病害。
针对这些病害必须采取选用这种或那种坝体和坝基加固技术,以保证土石坝的安全及其水库的正常运用。
根据国内外大量失事大坝资料证实,由渗透破坏引起的事故占到四成以上。
因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。
一、土石坝渗流破坏类型坝体渗漏浸润线从坝坡逸出将导致坝坡湿润或沼泽化:这种现象一般发生在均质坝或混合土料坝型中,过高的浸润面增加了滑坡的可能性,同时由于渗流的长期作用和气温及降雨的影响,坝坡土体的抗剪强度减小,局部渗透破坏,导致滑塌的可能性加大。
下游坝面出现集中渗漏;坝体在分层填筑时土层较厚,施工机械的功率不足,致使每层填土上部不密实,局部疏松,形成水平集中渗漏带,有的坝由于施工组织落后,特别是大规模的人工填筑施工,采用分段包干的填筑方法,土层厚薄不一,上升速度不一致,致使相临两段的接合部位出现了少压或漏压的松土带。
坝体裂缝渗漏:坝体开裂是形成坝体隐蔽渗漏的原因之一,由于心墙或斜墙后坝壳一般是强透水的土料,通过裂缝的集中渗漏将在坝壳中扩散,因而难以发现集中渗漏区,根据坝壳浸润面观测成果也难以判断渗漏的存在。
2、坝后地面渗漏土石坝外坡坝后地面出现砂沸、砂环、泉涌、管涌或沼泽化是经常遇到的渗漏现象,其成因与地层的构造及未能采取有效的渗流控制有关。
对表层透水性较小的粉细砂、淤泥或壤土,其下为强透水的砂砾石或砂层地基,若坝后没有采取排水减压措施(减压井、减压沟)或有排水设施,但是由于这种地层的渗流出逸坡降较大,当出逸坡降大于表层土的临界坡降时,坝后地面即出现砂沸等破坏现象。
土石坝渗流安全评价(三篇)

土石坝渗流安全评价1坝基渗流安全评价要点如下:1砂砾石层(包括砂层、砂砾石层、砾卵石层等)的渗透稳定性,应根据土的类型及其颗粒级配等情况判别其渗透变形形式,核定其相应的允许渗透比降,与工程实际渗透比降相比,判断渗流出口有无管涌或流土破坏的可能性,以及渗流场内部有无管涌、接触冲刷等渗流隐患。
2覆盖层为相对弱透水土层时,应复核其抗浮动稳定性,其允许渗透比降宜由试验法或参考流土指标确定;对已有反滤盖重者,应核算盖重厚度和范围是否满足要求。
3接触面的渗透稳定性主要有以下两种型式:1)复核粗、细散粒料土层之间有无接触冲刷(流向平行界面)和接触流土(流向从细到粗垂直界面)的可能性;粗粒料层能否对细粒料层起保护作用。
2)复核散粒料土体与刚性结构物体(如混凝土墙、涵管和岩石等)界面的接触渗透稳定性。
应注意散粒料与刚性面结合的紧密程度、出口有无反滤保护,以及与断层破碎带、灰岩溶蚀带、较大张性裂隙等接触面有无妥善处理及其抗渗稳定性。
2坝体渗流安全评价要点如下:1均质坝。
复核坝体的防渗性能是否满足规范要求、坝体实际浸润线和下游坝坡渗出段高程是否高于设计值,还需注意坝内有无横向或水平裂缝、松软结合带或渗漏通道等。
2组合(分区)坝:1)防渗体(心墙、斜墙、铺盖、各种面板等)。
复核防渗体的防渗性能是否满足规范要求,心墙或斜墙的上、下游侧有无合格的过渡保护层,以及水平防渗铺盖的底部垫层或天然砂砾石层能否起保护作用。
2)透水区(上、下游坝壳及各类排水体等)。
复核上、游坝坡在库水骤降情况下的抗滑稳定性和下游坝坡出逸段(区)的渗透稳定性,下游坡渗出段的贴坡保护层应满足反滤层的设计要求。
3)过渡区。
界于坝体粗、细填料之间的过渡区以及棱体排水、褥垫排水和贴坡排水等,应复核反滤层设计的保土条件和排水条件是否合格,以及运行中有无明显集中渗流和大量固体颗粒被带出等异常现象。
8.3.3应复核两坝端填筑体与山坡结合部的接触渗透稳定性,以及两岸山脊中的地下水渗流是否影响天然岩土层的渗透稳定和岸坡的抗滑稳定。
土石坝渗流分析及控制措施综述

《 湖南水利水电) 2 0 1 3 年第 5 期
综述
【 摘 要】 由于渗 流破坏 而造成土石坝失事的r L 4  ̄ l , 占到 3 5 % 左右 , 在土石坝设计 中进行渗流分析
是有效降低土石坝渗漏破坏 、 布设防渗措施 的重要方面。 从研 究土石坝渗流分析方法的演 变过程入
手, 文 章 分析 了土 石 坝 的 渗 流破 坏 形 式 , 综 合 国 内外 相 关 经验 , 阐述 了土 石 坝 渗 流控 制 的一 些 措 施
提高 。
经典 渗 流理论 和有 限元方 法结 合直接 对稳 定流 及非
从2 O世 纪 4 O年 代 开始 , 电子计 算 机 技 术 的飞 稳 定流 进行求 解 ,可 以处理各 种非 均质 土层 分布 及 速 发展 带动渗 流分 析方 法产生 了新 的飞跃 。利 用计 复 杂坝 体情况 。
提 出了有 限单元法 的基 本思想 。 2 0世纪 6 0年 代 , 美
国学者 C I o u g h和 Wo o d w a r d率 先利用 有 限单元 法来
者开 始进行 土石 坝 的设 计 和监 控 ,对土 石坝 的渗 流 进 行 土坝渗 流分 析[ 4 1 , 有 限单 元法 正式 在工 程领域 得 研 究应 运而 生 。最 早研 究土 石坝 渗流 的方法 主要是 到应用 。 2 0世纪 7 0年代 , 加拿 大学者C h a p u i s R .P的
第四节 土石坝的渗流分析

第四节土石坝的渗流分析
一、渗流的概念:水库蓄水后,由于上下游水位差的关系,水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动。
图6-13 渗流示意图
二、渗流分析的目的:
(1)确定坝体内浸润线的位置;
(2)确定坝体及坝基的渗流量,以估算水库的渗漏损失;
(3)确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降,检查产生渗透变形的可能性;
(4)为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
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、渗流基本方程
土坝渗流为层流,因此满足达西定律(Darcy’s Law), 渗流区内任一点势函数应满足拉普拉斯方程:
k x, k y——分别为x, y方向的渗透系数
对于简单的边界条件,上述方程能解,复杂边界条件,需借助数值方法。
四、渗流的水力学问题
假设: 均质, 层流, 稳定渐变流.
应用达西定律,并假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等,对不透水地基上的矩形土体,流过断面上的平均流速为:
单宽流量:
图6-14 不透水地基上矩形土体的渗流计算图
自上游向下游积分:
自上游向区域中某点(x,y)积分,得浸润线方程:
图6-15 土坝浸润线示意图五、流网法
图6-16 流网的绘制。
土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流

土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流土石坝渗流分析,采用非饱和土渗流参数,迭代计算浸润线,根据前次计算结果,不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置,直到满足精度要求。
本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT,存储渗透系数函数关系,如下。
第一列为空隙压力值(水头M),第二列为渗透系数指数,渗透系数等于10^A(M/D)。
! -10.00 -4.0E+00! -9.00 -3.6E+00! -8.00 -3.2E+00! -7.00 -2.8E+00! -6.00 -2.4E+00! -5.00 -2.0E+00! -4.00 -1.6E+00! -3.00 -1.2E+00! -2.00 -8.0E-01! -1.00 -4.0E-01! 0.00 0.0E+00!土坝顶宽4M,上下游坡比均为1:2,总高12M,底宽52M。
上游水深8M,下游无水。
FINISH/CLEAR/TITLE, EARTHDAM SEEPAGE/FILNAME,SEEPAGE5/PLOPTS,DATE,0*DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组*TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组*DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组,用于存贮单元四个节点号/PREP7SMRT,OFFANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSISET,1,PLANE55MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数,假设空隙水压力小于-10M时K,1,24,12K,2,24,0K,3,0,0K,4,28,12K,5,28,0K,6,52,0L,1,3L,1,2L,4,5L,5,6L,4,6LESIZE,ALL,,,24A,1,3,2A,1,2,5,4A,4,5,6MSHK,2 ! MAPPED AREA MESH IF POSSIBLEMSHA,0,2D ! USING QUADSAMESH,ALL ! MESH AREASNUMMRG,NODE ! MERGE NODES AT BOTTOM OF CAISSON*GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX ! 获得最大节点号*GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX ! 获得最大单元号*DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX ! 定义节点温度变量-总水头*DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX ! 定义节点压力水头变量!定义上游面总水头值LSEL,S,LINE,,1NSLL,S,1NSEL,R,LOC,Y,0,8D,ALL,TEMP,8 !定义上游面总水头值!定义下游面总水头值LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1*GET,N_NUM2,NODE,,COUNT*DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中II=II+1N_NO2(II)=I ! 存储渗流可能逸出点节点编号*ENDIF*ENDDONSEL,R,LOC,Y,0,8 ! 第一次计算,假设浸润线逸出点在8M高位置,与上游同高*GET,N_NUM,NODE,,COUNT ! 获得渗流出口节点总数*DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM ! 定义变量,存储渗流出口节点编号II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中N_NO(II)=I ! 存储渗流出口节点编号*ENDIF*ENDDO*DO,I,1,N_NUMD,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) ! 定义下游面总水头值*ENDDOALLSEL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH!第一次计算完毕!------------------------------------------------------------------------- !迭代计算CONUTT=20 ! 最大循环次数DD_HEAT=0.001 ! 前后两次计算,总水头最大允许计算差CHUK_ST=3 ! 出口边界条件重新设定的起始点CHUK_MAXY2=10E5 ! 临时变量,用于存储浸润线出口坐标*DO,COM_NUM,1,CONUTTDD_H=0/POST1SET,1*DO,I,1,N_MAX*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THENDD1=N_TEMP(I)*IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THENDD_H=ABS(DD1-TEMP(I))*ENDIF*ENDIFN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点温度(总水头)N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力,总水头-Y坐标*ENDDO*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN*IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN*EXIT*ENDIF*ENDIF/PREP7! 重新给每个单元设定材料MATNUM=2*DO,I,1,E_MAX*DO,KK,1,4*GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK ! 获取单元四个节点编号*ENDDOTEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3))+N_TEMP(NCON (4)))/4 !计算单元中心点平均温度RESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I)*IF,PRESS_T,GT,0,THENRESS_T=0MPCHG,1,I*ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THENRESS_T=-10MPCHG,2,I*ELSEMP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T)MPCHG,MATNUM+1,IMATNUM=MATNUM+1*ENDIF*ENDDO! 重新设定出口边界条件*IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN !前CHUK_ST次采用原边界条件LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1DDELE,ALL,TEMP ! 删除原边界条件II=0CHUK_MAXY=0*DO,JJ,1,N_NUM2*IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEND,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) ! 总水头=Y坐标*IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THENCHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ))*ENDIF*ENDIF*ENDDO*IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN ! 判断前后两次计算的浸润线出口位置是否相同NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY ! 选择最高节点*IF,CHUK_MAXY,GT,0,THENDDELE,ALL,TEMP ! 删除出口最高节点边界条件*ENDIFCHUK_MAXY2=CHUK_MAXY*ENDIF*ENDIFALLSEL,ALLFINI/SOLUSOLVEFINISH*ENDDOSAVE!迭代计算完毕,进入后处理FINISH/POST1/CLABEL,,1/EDGE,,0/CONTOUR,,8,0,1,8PLNSOL,TEMP ! 显示总水头云图PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL FSUM,HEAT ! 计算渗流量*GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEATALLSEL,ALLSAVE*DO,I,1,N_MAXN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点总水头(温度)N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力,总水头-Y坐标DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) ! 将压力水头值复制到节点*ENDDOPLNSOL,TEMP ! 显示压力水头云图FINI。
水利工程土石坝工程渗漏原因及施工中的渗流控制措施
水利工程土石坝工程渗漏原因及施工中的渗流控制措施摘要:水利工程中,土石坝是常见的工程项目,在施工过程中土坝及地基中的渗流,由于其机械或化学作用,可能使土体产生局部破坏,称为“渗透破坏”,严重的渗透破坏可能导致工程失事,因此必须加以控制本文就针对土石坝的渗流进行分析,并给出了防治措施。
关键词:土石坝;渗流;控制理论土石坝是目前水利工程建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。
与其他坝型相比较,无论从经济方面还是从施工方面,土石坝具有绝对的优势,据不完全统计,中国土石坝数量占到大坝总数的 93%。
但土石坝建设最大的病害即是渗漏,如何控制和预防渗漏是土石坝工程建设中最主要的工作之一。
1.土石坝工程渗漏的常见类型及原因分析1.1 土石坝坝体渗漏的原因随着水利工程的大力开发建设,工程的质量问题时有发生,特别是水库、坝体的渗漏问题,在洪水来临之时无法形成很好的挡护,给人们的生命和财产安全带来了很大的危害。
坝体渗漏,因坝身防渗体裂缝或者坝体施工质量等问题形成渗漏的集中通道,从而形成管涌,渗水逸出点或逸出面通常出现在下游坝坡和坝脚。
引起坝体渗漏产生的主要原因有:一是坝体单薄或土料透水性大;二是筑坝质量差,如铺碾压不实或漏压、土过厚、粘土心墙或斜墙层面结合不好等;三是反滤设施质量差,未按设计要求铺设反滤层,土石混合坝未设过渡层;四是坝后反滤排水体高度不够;五是坝下涵管、埋管的外壁与土体结合部回填不密实,涵洞未做截流环;六是坝体不均匀沉降引起的横向或水平裂缝,可能引起坝体集中渗透破坏。
1.2 土石坝坝基渗漏的原因坝基渗漏通常是由于强透水性的坝基处理不当,或坝基未作防渗处理,或坝基防渗设施失效而产生的。
引起坝基渗漏产生的主要原因有:一是缺少合理的防渗措施,在砂卵石基础上坝前未做铺盖,或铺盖长度及厚度不够、质量不好被水压击穿,或者对强透水基础,坝体与坝基部位未做截水槽、截水墙;二是库内粘土铺盖下未设反滤层,渗水压力破坏了铺盖;三是坝基清理不彻底,在进行坝基施工前未按相关规定把坝基清理干净,部分杂草、树根残留,严重影响了层面之间的贴合度,所以导致渗水发生;四是水库管理问题:由于非法施工和人为原因造成了水库天然铺盖的破坏,导致坝基渗水。
土石坝渗流分析
4.渗透变形的防止措施 防止渗透变形的工程措施集中体现为降低渗透坡 降及增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。 设置水平或垂直的防渗体,降低渗透坡降。 设置排水沟或减压井,降低下游渗流出口处的渗压。 设反滤层或加盖重
2 2
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
斜墙坝的渗流计算
dξ
dz y
A
H1 M
ke he L
2 2 2
k
B x
H1 h e z 0 q Ke 通过斜墙的渗流量为: 2 sin
2
he H 2 通过下游坝壳的渗流量为: q k 2L
2
联立心墙段和下游段求解q及he 浸润线方程: 2qx k(he y )
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
均质坝的渗流计算
下游无排水设施
y
E
A dx dy B’
m1 H 1 L 2m1 1
H1
a0
H2 x
M
o △L
L
B” N
坝身段:
dy u k J k dx
dy q k y dx
qdx kydy
分别对x和y积分,即从EO断面到任意断面有: k x y 2 2 qx H y 1 0 qdx H kydy 2
42d 3 J cr k 3 n
2.流土
在渗流的作用下,土从坝体或坝基表面被掀起浮动的现象 流土多发生在粘性土和较均匀的非粘性土体渗流出口处。 发生流土的临界坡降
J cr (Gs 1)(1 n)
容许渗透坡降
3.接触冲刷
J cr [J ] K
当渗流沿两种不同的土层接触面流动时,沿层 面夹带细小颗粒流失的现象,一般发生在两层 级配不同的土料中。
第三节土石坝的渗流分析
第三节土石坝的渗流分析土石坝是一种常见的水工结构,用于拦截水流,形成水库储存水资源。
而土石坝在水库的稳定性和安全性方面的最关键问题之一就是渗流问题。
土石坝的渗流分析是为了确定渗流路径和渗流量,从而评估土石坝的稳定性。
土石坝渗流分析的基本理论是达西定律和渗流理论。
根据这两个理论,土石坝的渗流规律可以用渗流方程描述:Q=K×A×i其中,Q是坝体中的渗流量,K是渗透系数,A是渗透面积,i是渗透坡度。
渗透系数是描述土体渗透性质的重要参数,可以通过实验或采样测试得到。
渗透面积是指单位时间内的水流面积,可以通过计算得到。
渗透坡度是指单位长度内的水头差,可以通过坝体的水头测量得到。
土石坝的渗流分析可分为两种情况:一种是均匀渗流情况,另一种是非均匀渗流情况。
对于均匀渗流情况,可以通过渗透方程计算渗流量。
首先需要确定渗透系数,可以采用实验数据或经验公式计算。
然后确定渗透面积和渗透坡度,可以通过坝体的几何和水头测量来计算。
最后代入渗透方程计算出渗流量。
对于非均匀渗流情况,渗流路径复杂,需要进行更详细的分析。
可以采用有限元或有限差分等数值方法进行渗流分析。
首先需要建立坝体的几何模型,包括土石的分层结构、渗透性质等。
然后根据渗透方程和边界条件进行数值计算,得到各点的水头和渗流量分布。
通过分析水头和渗流量的分布,可以评估渗流路径和渗流量,为土石坝的稳定性和安全性评估提供依据。
总之,土石坝的渗流分析是土石坝设计和安全评估的重要内容。
通过理论分析和数值计算,可以得到土石坝的渗流路径和渗流量,评估土石坝的稳定性和安全性,为工程设计和运行提供科学依据。
同时,渗流分析还可以指导渗流控制和排水措施的设计,提高土石坝的渗流性能。
土石坝绕坝渗漏的原因及处理措施
土石坝绕坝渗漏的原因及处理措施摘要:土石坝的施工材料可以就地取材,并且在施工上相对较为便捷,但是在实际的应用中,土石坝也有着一定的缺陷,绕坝渗漏问题是土石坝中最常见的问题,而本文就主要针对造成土石坝绕坝渗漏问题出现的原因展开了分析,并提出了相应的处理措施,以期能够有效保障土石坝的应用性能。
希望通过本文的探究,能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。
关键词:土石坝;形成原因;处理措施;绕坝渗漏我国建设了为数众多的小型土石坝,这些小型土石坝普遍都存在绕坝渗漏问题,而这一问题的出现,不仅会严重影响到土石坝的使用性能,而且严重的还会导致决堤现象的出现,这样就会威胁到下游人们的生命财产安全。
因此,就需要针对土石坝绕坝渗漏出现的原因进行详尽的分析,并采取有效的处理措施,解决土石坝中存在的绕坝渗漏问题,确保土石坝应用的安全性。
一、土石坝绕坝渗漏的原因1.1 地质考察工作做得不到位在对土石坝进行施工的过程中,没有做好相应的地质考察工作,不清楚施工现场的地质条件和水文状况,而且也没有针对土石坝周围的地质土体进行详细的检测和分析,这样就使得土石坝在施工的过程中,浸润线的设定位置与实际水体的高度有着很大的差距,浸润线要高出水体较多,这样就会很容易使得水体顺着岸坡渗漏到下游岸边,在遭到水体的冲刷之后,岸坡的稳定性就会降低,从而进一步的导致渗漏问题的加剧。
1.2 施工设计不合理土石坝在建设之前需要进行合理的施工设计,只有施工设计合理才能够保障土石坝施工的质量。
而我国部分的土石坝在进行施工的过程中,没有针对坝体下半部分的水槽进行合理的设计,造成坝体基础施工质量不合格,基础施工不合格,就会使得坝体后续施工也无法正常的开展。
而且由于下半部分的水槽存在设计不合理的现象,导致下水槽上存在一定的渗漏缝隙,在水体的冲刷作用下,就会使得裂缝越来越大,从而造成严重的渗漏问题,进而影响到土石坝的整体稳定性。
1.3 养护维修工作不到位土石坝是一项复杂的工程项目,施工周期较长,施工的步骤也较为繁复,这就会使得在施工的过程中,很容易因为各种因素的影响,而使得土石坝中存在一定的质量问题,如果在后期没有采取有效的养护措施对土石坝进行养护处理,就会使得土石坝中的质量问题暴露出来,从而造成绕坝渗漏问题的出现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
能用于某些边界条件较为简单的情况,水力学法计算简 易,精度可满足工程要求,得到了广泛的应用。
流网法能求渗流场内任一点渗流要素,并具有一定的精度,
但在渗流场内土体渗透系数差别较大的情况下较难应用。
电模拟法用电流场模拟渗流场,从而测定渗流流网。 数值法(有限元法)可计算不稳定渗流和较复杂的渗流
i i
nLi
KH 如果绘制的网格是扭曲正方形,则: q n
如整个流网分成m个流带,则单宽总渗透流量为:
q qi
i 1
m
◎三、流网法
• (四)流网的应用
3、渗透动水压力
因为任意两相邻等势线的水头差为⊿H/n ,所以 任一网格i范围内的土体所承受的渗透动水压力 为:
W li 1 li2 1 J i Ai n nli
2 2
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
2、下游设褥垫排水(棱体排水)的情况
2)下游有水时
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
2、下游设褥垫排水(棱体排水)的情况
2) 下游有水时,近似认为坝内浸润线是以排水体内 坡与下游面交点为焦点的浸润线,可求得浸润线 焦点处自下游水面算起的渗流水深 坝体单宽流量
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均 质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设
贴坡排水体的情况 根据水流连续条件,联 立两式,就可求出两个 未知数的渗流量q和逸 出点高度a0。
q1 q2 q
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
2、下游设褥垫排水(棱体排水)的情况
1)下游无水时将浸润线近似看作是以排水起点D为焦点 且通过E点的抛物线; 抛物线方程:
◎ 高等学校 水利水电工程 专业
河北工程大学
水电学院 水利系.
§5.3 土石坝的渗流分析
◎一、概述
• (一)渗流分析的任务
(1)确定坝体浸润线和下游渗流出逸点的位置,为
坝体稳定、应力与变形的计算和排水体的选择提供 依据。
(2)计算坝体与坝基的渗流量,以便估计水库渗漏
损失和确定坝体排水设备的尺寸。
• (一)流网的概念
渗流场:渗流运动的水质点所充满的空间。
流 线:水质点运动的轨迹。 等势线:渗流场中势能相等的各点连线。 流 网:流线与等势线组成的网格。
• (二)流网的特性
(1)流线和等势线都是圆滑的曲线。 (2)流线和等势线是互相正交的,即在相交点,二
曲线的切线互相垂直。
◎三、流网法
润线。
◎二、水力学法
• (一)基本假定
1)
土料均质,各向同性,坝内任一点在各方向上的 渗透系数K相同;
渗流属二元稳定层流,渗流符合达西定律V=KJ; 渗流为渐变流,任意过水断面上各点的坡降和流 速相同。
2) 3)
◎二、水力学法
◎二、水力学法
• (二)基本公式
应用达西定律和假定,全断
面内的平均流速等于:
最后,不断修改流线(包括初拟浸润线)与等势线,直
至使它们构成的网格符合要求,使之成为扭曲正方形。
◎三、流网法
• 流网绘制示意图
◎三、流网法
• (四)流网的应用
1、渗透坡降与渗透流速:在图中任取一网格i,两等势
线相距为ΔLi,两流线间相距为ΔMi,水头差为ΔH/n , 则该网格的平均渗透坡降为: n Ji Li nLi 通过该网格两流线间(流带)的平均渗透流速为:
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
3、带截水槽的心墙坝 心墙、截水槽段:取平均厚度δ进行计算。若心墙 后的浸润线的高度为h,可推导出通过心墙、截水 槽的渗流量为:
( H 1 T ) 2 (h T ) 2 q1 K e 2 通过心墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为 2 h2 H 2 h H2 q2 K KT T 2L L 0.44T 根据连续条件q1=q2,联立求解得h,进而求得q。
dy v k dx
dy 设单宽渗流量为q,则: q vy ky dx
矩形土体单宽渗流量为:
2 k ( H12 H 2 ) q 2L
◎二、水力学法
• (二)基本公式
:对任一断面x,进行积
分得:
K ( H 12 y 2 ) q 2x
浸润线方程:
y
2q H x k
体的渗流量 q1和浸润线;然后再假定坝体不透水, 计算坝基的渗流量q2;最后将q1和q2相加,即可近 似地得到坝体和坝基的渗流量。
将地基视为过水断面为T×1的带出口弯段的流管,
根据流体力学分析,弯段平均渗径长度约0.44T (T 为地基透水层的厚度)。
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况
(2)下游楔形体, 分为下游水位上、下两部分 。 2)通过下游楔形体下部的渗流量为
q2 K a0 H 2 m2 H 2 (m2 0.5)a0 1 2m2
q2 q2 q2
a0 H2 K (1 ) m2 0.5 a0 am H 2
2 1
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
当K地≤K坝/100时,可认为地基是不透水的。
1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况
用一个虚拟的等效矩形体代替上游楔形体,把此矩形 体与中间段和而为一,成为第一段,下游楔形体为 第二段。虚拟土坝的上游面为铅直的,距原坝坡与 设计水位线的交点a的水平距离为ΔL,根据渗流阻 力相当的原理,通过试验和理论分析,可得:
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
4、带截水槽的斜墙坝
取斜墙与截水槽的前后两个断面与出坝体段三个 断面进行渗流分析。
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
4、带截水槽的斜墙坝 斜墙、截水墙段:斜墙取平均厚度δ,截水槽取平均厚度
δ1进行计算。斜墙后的浸润线的高度为h,可推导出通过 斜墙、截水槽的渗流量为:
• (三)流网的绘制
首先确定流网边界,浸润线和不透水地基的表面是第一
条和最末一条流线;上下游水下坝坡和库底是第一和最 末一条等势线;
其次,在浸润线和最末一条流线之间再绘出几条流线; 再次,将上、下游水头差ΔH分成n等份,每份为ΔH/n,
然后引水平线与浸润线相交,从交点处按照等势线与流 线正交的原则绘制等势线,形成初步的流网。
◎四、土石坝的渗透变形形式及判别
• (一)渗透变形形式
管涌
◎四、土石坝的渗透变形形式及判别
(3)计算坝体与坝基渗流逸出处的渗透坡降,以及
不同土层之间的渗透坡降,以验算其渗透稳定性。
◎一、概述
浸润线、单宽流量、总渗量,渗透坡降 坝体、坝基渗流状况 渗流为层流,满足达西定律。
◎一、概述
• (二)渗流分析的方法
土石坝渗流计算方法主要有解析法、流网法和电模拟法。
解析法分为流体力学法和水力学法。前者理论严谨,但只
m1 L H1 1 2m1
式中:m1为上游坝坡坡率;H1为坝前水深。
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设贴坡排
H12 ( H 2 a0 ) 2 q1 K 2 L
(2)下游楔形体的渗流量,可分下游水位以上及 以下两部分 。
H1 h 2 ( H1 h) qK KT T 2(L 0.5 ) 同理槽末端断面和出坝处断面间渗流量:
2
h2 H 2 (h H 2 )T qK KT 2L L 0.44T m3 h2
2
联求可得h,进而求得q
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算(
H1 y K 2 2 q (H1 y ) KT T 2x x
整理后得坝内浸润线方程
x K T K 2 ( H 1 y 2 ) T ( H 1 y) 2q q
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
2、带截水槽的均质坝
设截水槽用平均厚度δ代替,槽末端断面渗流水深 为h,入坝处与槽末端断面间渗流量:
◎二、水力学法
• (三)不透水地基上均质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况
(2)下游楔形体, 分为下游水位上、下两部分 1)水上部分坝身段与楔形体段以 1:0.5的等势线为分界面,水位 以下部分以铅直面作为分界面,
则通过下游楔形体上部的渗流量:
a q2 0 0 K y a0 dy K m2 0.5y m2 0.5
h0 L2 ( H 1 H 2 ) 2 L
H 1 ( H 2 h0 ) 2 qK 2L
2
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
1、设棱体排水的均质坝
◎二、水力学法
• (四)有限深透水地基上土石坝渗流计算
1、设棱体排水的均质坝
渗流量:可先假定地基不透水,按上述方法确定坝
前面计算的是通过坝体和坝基的单宽渗流量。由于
沿坝轴线的各断面形状及地基地质条件并不相同, 因此计算通过坝体的总渗流量,可根据具体情况将 坝体沿坝轴线划分为若干段。
Q 1 q1l1 q1 q2 )l 2 (qn1 qn )l n qn l n1 ( 2
◎三、流网法
式中 Ai——网格i的面积; γ——水的重度。
◎三、流网法