心墙土坝渗流
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
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。
土坝裂缝和渗漏的处理
土坝裂缝和渗漏的处理土坝裂缝就其成因可分为干缩、冻融裂缝、沉陷裂缝和滑坡裂缝；按其走向分为纵向裂缝、横向裂缝和龟裂。
根据其不同的成因和情况采用不同的方法进行处理, 常用的处理方法有：1. 开挖回填法开挖回填法是裂缝处理比较彻底和一种方法, 适用于深度不大的表层裂缝及防渗部位的裂缝。
(1)干缩裂缝的处理。
对均质土坝坝面产生的干缩小裂缝(缝宽小于5mm, 深度小于0.5m), 一般在坝体浸水后可自行闭合, 也可不加处理；如干缩裂缝较深, 雨水沿缝渗入, 将会增大土体含水量, 降低裂缝区域的土体抗剪强度, 促使裂缝发展, 宜用开挖回填方法处理。
处理前应先沿缝灌入少量石灰水, 显示出裂缝, 再沿石灰痕迹挖槽, 并把槽周洒湿, 然后用相同土料回填, 分层夯实, 在表面再填筑砂性保护层, 对粘土斜墙的干缩裂缝, 应将裂缝表层土全部清除, 按原设计的土料干容重分层填筑压实。
(2)横向裂缝的处理。
横向裂缝因产生顺缝漏水, 可能导致坝体穿孔, 故对大小横缝均要开挖回填, 彻底处理。
开挖时顺缝开槽。
如裂缝较深, 沟槽可开挖为阶梯形。
对于贯穿性横缝, 开槽时还应开挖与裂缝成十字形相交的结合槽, 使沟槽呈梯形断面后再行回填。
(3)纵向裂缝处理。
由于不均匀沉陷产生的纵向裂缝, 如宽度和深度较小, 对坝身安全无较大威胁, 可只封闭缝口, 防止雨水渗入；或先封闭缝口, 待沉陷趋于稳定后再进行处理。
如纵向裂缝宽度和深度较大, 则应开挖回填处理。
2.灌浆法当土坝裂缝很深或很多, 开挖困难或会危及坝坡稳定时, 则以采用灌浆法处理为宜。
对坝体内部裂缝, 应采用灌浆法处理。
要注意以下几个问题：(1)灌浆孔布置。
应根据调查、探测所掌握的土坝裂缝分布、位置、深度及施工时坝体填筑的质量和蓄水后坝体渗漏等资料拟定。
(2)灌浆压力。
灌浆压力的大小直接影响到灌浆质量，要在保证坝体安全的前提下, 选用灌浆压力。
(3)浆液配制。
配制的浆液要满足流通性、析水性好以及收缩性小的要求。
【土木建筑】渗流分析
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通过第一段EOB’B’’的渗流量为：
q1
k[( H12
(a0 2L'
t)2 ]
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：
q2
ka 0 m2
(1
ln
a0 t
t)
根据水流连续条件q＝q1＝q2，联立以上两式，可求得a0 和q。浸润线方程可以用（△）求得，求出后还应对浸润线进 口进行修正：自A点引与坝坡AM正交的平滑曲线，曲线下端 与计算所得的浸润线相切于A’。
111111111111 000
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33
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规发 范呆 化的
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Hhuyuyyutytytytyyuuuu uu
H12
H
2 2
2q k
L
q
k (H12
H
2 2
)
2L
2020/积5/26 分（*），可得浸润线方程：
H12
y2
2q k
x （△）
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（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”。
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渗透变形的判别： 1、用土料的不均匀系数η； 2、用土体的孔隙直径与填料粒径之比； 3、用土体的细粒含量来判别。
土石坝渗漏的处理.
水利工程管理技术
土石坝渗漏的处理
（二）坝身渗漏的处理方法 坝身渗漏的处理，应按照“上堵下排”的原则，针对渗漏的原因，结合具体情 况，采取以下不同的处理措施。 1．斜墙法 斜墙法即在上游坝坡补做或加固原有防渗斜墙，堵截渗流，防止坝身渗漏。此 法适用于大坝施工质量差，造成了严重管涌、管涌塌坑、斜墙被击穿、浸润线 及其逸出点抬高、坝身普遍漏水等情况。具体按照所用材料的不同，分为粘土 斜墙、沥青混凝土斜墙及土工膜防渗斜墙。 1）粘土防渗斜墙。修筑粘土斜墙时，一般应放空水库，揭开护坡，铲去表土， 再挖松10～15cm，并清除坝身含水量过大的土体，然后填筑与原斜墙相同的 粘土，分层夯实，使新旧土层结合良好。斜墙底部应修筑截水槽，深入坝基至 相对不透水层。如果坝身渗漏不太严重，且主要是施工质量较差引起的，则不 必另做新斜墙，只需降低水位，使渗漏部分全部露出水面，将原坝上游土料翻 筑夯实即可。
水利工程管理技术
土石坝渗漏的处理
2）灌浆孔的布置。劈裂灌浆沿坝轴线单排布孔，第一序孔间距约为坝高的 2/3，分2～3道孔序，一般30～40m高的坝最终孔距以10m为宜。另外还 应具体将坝体分段，区别对待。因大坝岸坡段和曲线段的小主应力面偏离 坝轴线，故在岸坡段应缩小孔距，减小灌浆压力和每次灌注量，使防渗帷 幕通过岸坡段。在曲线段应沿坝轴线不分序钻孔，间距3～5m，反复轮灌， 形成连续的防渗帷幕。 3）灌浆施工。劈裂式灌浆多采用全孔灌注法。全孔灌注法分孔口注浆和孔底 注浆两种。实践证明，孔底注浆法在施加较大压力和灌入较多浆料的情况 下，外部变形缓慢，容易控制，能基本实现“内劈外不劈”。 5．导渗法 上面几种均为坝身渗漏的“上堵”措施，目的是截流减渗，而导渗则为“下 排”措施。主要针对已经进入坝体的渗水，通过改善和加强坝体排渗能力， 使渗水在不致引起渗透破坏的条件下，安全通畅地排出坝外。按具体不同 情况，可采用以下几种形式。
(优选)大坝渗流分析详解.
心墙土料的渗透系数很小，比坝壳小10E4倍以上，可不
考虑上游楔形体降落水头的作用。下游坝壳的浸润线也较平
缓，水头主要在心墙部位损失。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A。
将心墙简化为等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,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
q1
k[( H12
(a0 2L'
t)2 ]
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：
q2
ka 0 m2
(1
ln
a0 t
t)
根据水流连续条件q＝q1＝q2，联立以上两式，可求得a0 和q。浸润线方程可以用（△）求得，求出后还应对浸润线进 口进行修正：自A点引与坝坡AM正交的平滑曲线，曲线下端 与计算所得的浸润线相切于A’。
连续条件：
k x
H x
H vy k yJ k y y
vx vy 0 x y
二维渗流方程：
kx
2H x 2
ky
2H y2
0
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）。
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
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。
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。
例析水库坝体渗流及稳定性
例析水库坝体渗流及稳定性1 引言到目前为止，国家尽管对全国许多大中小型病险水库的安全进行鉴定和加固做出了总结，但是还有很多工作需要去做，为今后的大坝加固和鉴定及设计和施工提供技术及理论支持。
本文通过以某小型水库心墙坝的安全鉴定和加固，介绍了大坝中的渗流情况和渗透变形破坏情况对大坝的危害，为坝体的施工提供借鉴。
2 坝身及坝基工程地质评价水库位于某县境内，距县城约13km。
坝址位于灌河支流下马河，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（2）型水库。
大坝为砂壳心墙坝，坝顶高程101.6 m，最大坝高17.2m，坝长51.1m。
坝顶泥结碎石路面，宽3.2m；上游现状干砌石护坡拆除新建C20混凝土，坡比1：3.0、1：4.0；下游新建草皮护坡，坡比1：2.5；续建排水棱体，顶高程为85.6m，宽2m，外坡为1：1.5。
库区工程地质条件及坝体、坝基质量如下：坝体为粘土心墙坝，砂壳由中粗砂，充填壤土碾压填筑而成，心墙由砂壤土杂砾石碾压填筑而成。
砂壳渗透系数范围值为1.10E-03～2.20E-03cm/s，具中等透水性；心墙天然干密度平均值1.62g/cm3。
室内试验渗透系数范围值为1.60E-06～9.80E-04cm/s，现场注水试验渗透系数范围值为2.90E-04～4.90E-04cm/s，具中等透水性。
由于该水库存在渗漏问题，根据工程地质情况，对大坝进行防渗计算和稳定分析。
3 渗流计算及稳定性分析根据地质勘测资料，对大坝典型断面进行渗流场分析。
大坝渗流分析采用采用有限元法计算；计算断面为大坝主河槽段最大坝高断面（桩号B0+010）。
3.1计算原理及基本参数a）计算原理采用有限元分析法求解渗流场.稳定渗流方程为：（公式3-1）式中：k——土的渗透系数；Ф——势函数，Ф=（P/γW）+γγw——水的容重；P——水壓力.对于土石坝的无压渗流情况，先假设一个大致的自由表面初始位置，程序通过反复迭代和修改自由表面位置，使其满足规定的边界条件，得到新的自由表面，此线即为第一条流线即浸润线。
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。
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。
沥青混凝土心墙坝心墙渗水原因分析与防渗处理
沥青混凝土心墙坝心墙渗水原因分析与防渗处理在大坝的施工过程中，对沥青混凝土心墙坝技术的使用比较普遍，其能够提高水利工程的稳定性。
但是，如果在施工过程中对质量的控制不到位，就会导致沥青混凝土心墙坝心墙出现渗水现象，这就要求施工人员要掌握相应的防渗处理技术。
本文对沥青混凝土心墙坝心墙渗水原因进行分析，并就其防渗处理措施进行探讨。
标签：沥青混凝土；心墙坝心墙；渗水原因；防渗处理沥青混凝土心墙坝具有很强的抗变形能力，其蓄水能力受海拔和气候条件的影响比较小。
但在实际的使用过程中，混凝土心墙坝心墙却容易出现渗水现象，从而影响水利工程的正常使用，造成水资源的浪费。
因此，需要采取相应的措施对其进行处理。
1 、渗水原因分析1.1 工程背景某水库的集雨面积为450.36km2，区间的有效积水面积为108.45km2，水库的总容量为1269.8万m3，水库能够满足当地农业发展的灌溉需要，为当地居民提供部分生活用水，还具备下游防洪功能。
水库的正常蓄水位为1198m，校核洪水位为1185.6m，汛限水位为1205.3m，死水位为1168m。
水库是由四部分组成的，一部分是大坝，一部分是溢洪道，一部分是导流洞，还有一部分是放水洞。
其中，大坝采用的是沥青混凝土心墙石渣坝，最大的坝高为65m，坝顶的高程为1287m，坝顶长度为215m，宽度为9m。
大坝的防渗系统由两部分组成，一部分为沥青混凝土心墙，一部分为坝基灌浆帷幕。
在其下游的坝壳填筑料中，低于5mm的填筑料约占90%左右，通过对现场的实际测量，渗透系数在8.110-4-5.510-6cm/s的范围内，并没有达到设计要求，透水性也不够均匀，有不同程度的渗水现象出现。
1.2 渗水情况分析在本工程工程竣工投入使用后，就发现存在明显的渗漏情况，并且水库中水位越高，渗漏现象越严重，在水位接近300m处，其渗漏量能够达到70L/s，而下游坡处存在很大的渗水面积。
因此，施工单位曾前后两次对坝基和坝体进行防渗处理。
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问题描述：
土坝中存在一道粘土心墙，心墙的渗透系数远远低于周围土体的渗透系数，因此认为是不透水材料，要求计算在水位上升时土坝内的渗流情况。
可分为三个步骤：
1.心墙的渗流计算
Config fluid
Set fluid off
Gen zon brick p0 0 0 -10 size 20 1 10
Gen zon brick p0 5 0 0 p1 15 0 0 p2 5 1 0 p3 9 0 5 p4 15 1 0 p5 9 1 5 p6 11 0 5 p7 11 1 5 &
Size 10 1 5
Group soil
Group dam ran x 5 7 z -5 0
Group dam ran id 201 a id 211 a id 221 a id 231 a id 241 a
Group dam ran id 202 a id 212 a id 222 a id 232 a id 242 a
M e
Prop bu 3e7 sh 1e7
Ini pp 0 grad 0 0 -10e3 ran z 0 -10
Ini dens 2000
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Fix x ran x 0
Fix x ran x 20
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Plot set plane ori 0 0.5 0 norm 0 1 0
Plot con pp plane ou on
Plot add fap red plane
.
步骤二水压力对模型的模拟
Rest elastic.sav
Ini xd 0 yd 0 zd 0 xv 0 yv 0 zv 0
App nstress -40e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 4 x 0 9
Solve
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步骤三施加孔压边界条件
Rest pressure.sav
Set fluid on mech off
Ini fmod 2e3 ften 0.0 ran gro soil
Ini xd 0 yd 0 zd 0 xv 0 yv 0 zv 0
App pp 40e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 4 x 0 9 App pp 0 ran z 0 x 15 20
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