有限深透水地基上土石坝的渗流计算
(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。
土石坝浸润线计算
坝体渗流量 总渗流量
0 5 0.25 21 0 4.621595 37 8.4 2 2 4.621595 115.5399 115.5399
cm/s m cm/s m m m m m
X Y
-2.31 -1.63 0.394 3.775 10.82 14.59 22.03 30.82 40.96 52.46 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5
K0： T： K： H1： H2： h0： L： △L1： m1： m2： h'0： qd： q：
地基渗透系数 透水地基厚度 坝体渗透系数 坝前水深 坝后水深
褥垫始点垂线上至浸润线高（考虑渗透地基） 褥垫始点至游水位与坝坡交点垂线的水平距离
[m1/(2m1+1)]*H1 上游坝坡比1∶m1 下游坝坡比1∶m2
注：坐标原点为褥垫起始点(坝内 )(x轴向上游为正，y轴向上为正) 坝前水位至坝底距离 坝后水位至坝底距离 h0＝q/(K+K0/0.44) 褥垫起始点：褥垫在坝内最靠近上游点 复核： x=0时，y=1.7144=h0 L‘=L+△L1= 45.4 m 等于当y=H1时对应的X值
m h‘0＝[(△L1+L)2+H12]0.5-(△L1+L) cm2/s qd＝K*h0'*100 cm2/s qj＝K0*T*100*(H1-H2)/(L+m1*H1+0.88*T)
翁闹水库正常水位浸润线及渗流量计算
计算方法：有限渗透水地基上有水平排水（下游无水）的均质土坝 浸润线坐标值计算公式：X=K0T(y-h0)/q'+K(y2-h02)/(2q') q'=K0T(H1-h0)/(L+△L1)+K(H12-h02)/2(L+△L1)= 有关计算数据输入 1.1553988 翁闹水库正常水位浸润线坐标曲线表( 翁闹水库正常水位浸润线坐标曲线表(m)
土石坝渗流分析
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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 m1 L H1 1 2m1 上式根据流体力学和电拟试验得到，式中m1为上游坝坡 坡率；H1为坝前水深。
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渗透稳定和渗透坡降及土的组成有关，增加抗渗 稳定的工程措施：降低渗透坡降；增加渗流出口处土 体的抗渗能力。 具体有：①增大渗径，降低渗透破坏或截阻渗流； ②设排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗透压 力。在可能发生管涌地段，需设反滤层，拦截细粒； 可能发生流土地段，加设盖重。
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a2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联立求得心墙后浸润线高度h和q20204415三斜墙坝的渗流计算将斜墙简化为等厚的矩形则可求通过斜墙的单宽流量q20204416四有限深透水地基土石坝的渗流计算1均质坝的渗流计算均质坝透水地基深度为t渗透系数为k坝体渗透系数为k可将坝体和坝基分开计算
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kc H12 h 2 kc H h q1 T 2 sin 1
k h 2－t 2 kT h t q2 T 2L1 L 0.44T
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公式计算时，可作如下简化： 渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层，采 用加权平均渗透系数； 双层结构坝基，如下卧土层较厚，且渗透系数小于 上覆土层渗透系数的1/100，可将下层视为相对不透水 层； 当透水层坝基深度大于建筑物不透水层底部长度的 1.5倍以上时，可按无限深透水层情况估算。
5.3 土石坝的渗流分析
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、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
• （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。
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
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水体的情况
（1）坝身矩形渗流区段的渗流量：
H12 ( H 2 a0 ) 2 q1 K 2 L
4(2).土石坝(第三节：渗流分析)
有截水槽的心墙坝渗流计算
通过心墙和截水墙渗流量：
( H 1 T ) 2 (h e T ) 2 q ke 2
通过下游坝壳和透水地基的渗流量：
2 he H 2 he H 2 2 qk kT T 2L L 0.44T
联立求解q及he
2. 有限深透水地基土石坝的渗流计算
第三节
土石坝的渗流计算
在初步拟定土石坝的断面尺寸和主要构造形式及 尺寸(如防渗、排水)以后，为了进一步校核其合 理性，还必须进行渗流计算及稳定分析。 土石坝渗流计算的目的和内容 确定坝体浸润线及下游逸出点的位置，为 坝体稳定计算提供依据 计算坝体和坝基的渗流量，估算水库的渗 漏损失； 求坝体和坝基局部的渗透坡降，验算该处 是否会发生渗透破坏。
x dy a0 H2 y
dy k m2
a0 q1 k m2
a0 dq 2 k dy m2y
q2 a0 q q1 q2
a0 H 2
a0 k dy m2y
a0 a0 H 2 q2 k ln m2 a0
联立坝身段和下游段求解q及a0，浸润线由浸润线方程确定 并做修正。
下游为褥垫排水
有水平铺盖的斜墙坝渗流计算
以坝体浸润线起始为界分为上、下游两段分析。
A H1 ke
k he
B
T
Ln
L
H1 h e q KT T n(Ln m1he )
联立求解q及he 返回
2 he H 2 he H 2 2 qk kT T 2(L m1he ) n(L m1he )
1
2qx k(H1 y )
2 2
浸润线方程
代入边界条件可得坝身渗流量：
浸润线计算-有限渗透水地基上有水平排水(下游无水)的均质土坝
3 2.8 3.924119 m
坝体渗流量 总渗流量
0.643556 cm2/s K*h0'*100 0.75263 cm2/s qd+K0*T*100*(H1-H2)/(L+m1*H1+0.88*T)
坝后水位至坝底距离 q/(K+K0/0.44) 褥垫起始点：褥垫在坝内最靠近上游点 复核： x=0时，y=1.7144=h0 L‘=L+△L1= 62.543 m [(△L1+L)2+H12]0.5-(△L1+L) 等于当y=H1时对应的X值
h0： 褥垫始点垂线上至浸润线高（考虑渗透地基） 1.714419 m L： 褥垫始点至上游水位与坝坡交点垂线的水平距离 52.9 m △L1： [m1/(2m1+1)]*H1 9.642857 m m1： m2： h'0： qd： q： 上游坝坡比1∶m1 下游坝坡比1∶m2
湖朗水库正常水位浸润线及渗流量计算
计算方法：有限渗透水地基上有水平排水（下游无水）的均质土坝 浸润线坐标值计算公式：X=K0T(y-h0)/q'+K(y2-h02)/(2q') q'=K0T(H1-h0)/(L+△L1)+K(H12-h02)/2(L+△L1)= 0.0086096 有关计算数据输入 湖朗水库正常水位浸润线坐标曲线表(m)
K0： T： K： H1： H2：
地基渗透系数 透水地基厚度 坝体渗透系数 坝前水深 坝后水深
0.00121 5 0.00164 22.5 0
cm/s X -1.48 0.867 4.41 9.143 15.35 22.18 30.49 39.98 50.67 62.54 m Y 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 cm/s 注：坐标原点为褥垫起始点(坝内 )(x轴向上游为正，y轴向上为正) m 坝前水位至坝底距离 m
土石坝渗流计算
土石坝渗流计算
土石坝的渗流计算是指根据土石坝的各种参数来计算渗透水量的过程。
渗流计算的目的是通过对土石坝渗流过程的分析，来评估坝体渗流对工程安全的影响，以及指导坝体防渗措施的设计和施工。
土石坝的渗流计算主要包括以下几个方面的内容：
1. 渗透系数计算：渗透系数是描述土石坝岩土渗透性的指标，表示单位渗流量通过单位截面积的能力。
常用的计算方法有直接法、积分法和透水曲线法等。
2. 平均渗流速度计算：平均渗流速度是指坝体截面上单位时间流过的渗透水量与截面积之比，可以通过渗透系数和水头差来进行计算。
3. 渗流线计算：渗流线是指渗流过程中水的流动路径，通过渗流线的计算可以得到渗流场的空间分布情况，用于评估坝体内的渗流情况。
4. 渗流量计算：渗流量是指单位时间内通过某一截面的渗透水量，可以通过渗透系数、水头差和截面积的乘积来计算。
在进行土石坝渗流计算时，需要根据具体的工程条件和坝体参数，选择合适的计算方法和公式，进行合理的近似和假设，以得到较为准确的计算结果。
同时，还需要对渗流计算结果进行
分析和评估，判断渗流对工程安全的影响，并提出相应的措施来进行防渗处理。
土石坝力学法渗流计算(无敌版)
4114:24.02.764.2上游坝面边坡系数m 11.计算依据：4.1 均质土坝坝高H(m)4.已知参数:教材 河海版水工建筑物p122-131 水力学 吴持恭主编 下册 p233 水平不透水层上均质土坝的渗坝高H（m）坝顶最小宽度B min (m)注：上下游如为变坡时，则分别取各自下游坝面边坡系数m 21:2.25～1:2.751:2.5～1:3.01:3.0～1:3.51:1.5～1:2.0～20～30>301:2～1:2.5表1.土坝坝坡边坡系数参考值坝高（m）上 游 坝 坡下 游<1010～201:2.25～1:2.5～表2.坝顶最小宽度值4.3坝顶宽度B (m) （不透水地基上的均质坝）表3.土的渗透系数参考值5.0～20.0<0.00.0000060.0001～0.0003～0.00060.001～0.006中 砂渗透系数km/d cm <0.0050.005～0.10.1～0.50.25～0.50.5～1.01.0～5.0轻亚粘土黄 土粉 砂细 砂 注：本表资料引自中国建筑工业出版社1975年出版的《工程地4.5下游水位H 2(m)4.4上游水位H 1(m)<306土 名4.6渗透系数k(cm/s)粘土亚粘土均质中砂0.04～0.02～0.07～粗 砂均质粗砂35～5020～5060～7530～100>1004.1>=3.05.计算过程：5.1坝体的分段采用两段法是采用三段法的简化，把上游锲形体ABE用一个矩形体AEB'A'去取代,(1)等效的矩形体的宽度△L为:(2)第二、三两段的底宽和（线段DE长度）L为：2…………下游坝面边坡系（5-2）5.2上游段的计算渗流从过水断面A'B'至CG的水头差ΔH=H 1-h K ,两过水断面之间平均渗透路程Δs=L+ΔL-m 2h k ,m 2为坝下故上游段的平均水力坡度k …………逸出点高度根据杜比公式，上游段的平均渗流流速很显然要用上式计算渗流量还不可能，因其中逸出水h k 是位知数，所以还必须要对下游段建立计算公式 行联解。
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有限深透水地基上土石坝的渗流计算
1.均质土坝
对坝体透水性和地基透水性相似的,可先假定地基不透水,按上述方法确定坝体的渗流量1q 和浸润线；然后再假定坝体不透水,计算坝基的渗流量2q ；最后将1q 和2q 相加,即可近似地得到坝体和坝基的渗流量。
坝体浸润线可不考虑坝基渗透的影响,仍用地基不透水情况下算出的结果。
对于有褥垫排水的情况,因地基渗水而使浸润线稍有下降,可近似地假定浸润线与排水起点相交。
由于渗流渗入地基时要转一个90 的弯,流线长度比坝底长度L 要增大些。
根据实验和流体力学分析,增大的长度约为0.44T 。
2.心墙土石坝
有限深透水地基上的心墙坝,一般都做有截水墙以拦截透水地基渗流。
心墙土料的渗透系数e K 常比坝壳土料的小得多,故可近似地认为上游坝壳中无水头损失,心墙前的水位仍为水库的水位。
计算时一般分为心墙与截水墙段、下游坝壳与坝基段并分别计算渗流量。
由于心墙后浸润线的位置较低,可近似地取浸润线末端与堆石棱体的上游端相交。
利用渗流的连续性，联立求得q 和h 。
当下游有水时,可近似的假定浸润线逸出点在下游水面与堆石棱体内坡的交点处,用上述同样的方法进行计算。
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