渗流计算案例

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某尾矿库渗流计算数值模拟

某尾矿库渗流计算数值模拟

摘 要
根据 尾矿 库 的具体 工程 地质 条件 , 用渗 流分 析软 件 对尾 矿 库 进 行渗 流 数 值模 拟 计 采
算 。考 虑尾矿 库渗 透 水在尾 矿堆 积体 内流 动 时做 低 雷诺数 的层 流运 动 , 以线性 达西 定律 为基础 , 模 拟 不 同坝 高在 正常运 行 工况和 洪水运 行 工况 下 的渗流 数值 计 算 。结 果表 明 : 冲沟 的位 置 有较 大 在 的速度 矢量 , 流 沙的裹挟 会使 局部 危 害加 剧 ; 内水位 向下 游尾 矿 堆 积 坝体 的 渗透 过 程 中, 水 对 库 总
c lu a in o e pa e n me c lwe e d n n rii sr s r orb e p g n lsss fwae.Co i e i g a c l t fs e g u r a r o e o a l o i ng e e v i y s e a e a ay i o t r nsd rn s e a e wae frii g e e o rd e o mo e n fl w y odsn mb r d rn o n n t i ng e p g tr o aln s r s r i o s f w v me to o Re n l u e u g f wi g i al s v l i l i d p stb d e o i o y,s e a e n me ia a c l t n o i e e td m ih sun e o ma n o d r n i g c n— e p g u rc lc lu a i fd f r n a heg t d rn r la d f o u n n o o f l d to r i lt d b s d o i a r y lw. Th e u t s o t a eo i e t r i c i t iin wee smu ae a e n l ne r Da c a e r s ls h w h tv lc t v co s mu h b g a y g lh p st n,q i k a d c ry n o l ne sf o a a a ds oa e d wa ig s r u tr i e u c o ii o u c s n a r i g c u d i tn i lc lh z r ;tt lh a s b g e ta o nd wae sd y a d t e p s iii fs t r t n ln v r o d a o fd m sbig s u ngt n ita ig p o e so n h o sb lt o a u a i i e o e f we ttp o a wa g e td r he iflr t r c s f y o l i n r s r orwae e e o d wn te m alng c u e e i t rlv lt o sr a t i s a c mult e da ,a d s e a e d sr c in wa sl i b e v i ai m v n e p g e tu to smo t la l y

某水库大坝渗流计算及稳定分析

某水库大坝渗流计算及稳定分析

某水库大坝渗流计算及稳定分析作者:彭成山梁荣慧来源:《城市建设理论研究》2012年第30期摘要:在病险水库除险加固工程中,经常需要对加固前的建筑物进行安全复核。

本文根据某水库的地勘资料,对其进行了渗流计算和坝坡稳定抗滑稳定计算,计算结果为水库大坝的加固提供合理的构筑建议和措施。

关键词:土石坝;渗流计算;稳定分析中图分类号:TV697 文献标识码:A 文章编号:1.工程概况某水库位于罗山县西南约55km处的灵山镇境内,属丘陵地区水库,位于淮河水系小黄河支沟上,控制流域面积3.3km2,总库容102.02万m3。

水库是一座以防洪、灌溉为主,结合水产养殖等综合利用的小(1)型水库。

大坝为粘土心墙坝,现状坝长90m,最大坝高17.4m,坝顶宽约3m。

该水库按50年一遇设计,500年一遇防洪标准校核。

2.工程地质某水库位于秦岭-昆仑纬向复杂构造带之南亚带与新华夏系第二沉降带的交接复合部位。

受淮阳山字型构造与经向构造复合干扰,地质构造十分复杂。

据地质测绘及勘探揭露范围内,坝址区地层岩性主要为坝体人工填土(Qs)及燕山晚期侵入的花岗岩,仅在下游河槽分布有泥卵石。

坝址区地层根据时代、成因、岩性及其物理力学性特征,现由老到新分述如下:燕山晚期(r3 5)岩性为花岗岩,分布在水库两岸,肉红色、灰白色~淡红色,细粒~中粗粒结构,肉眼可见斑状矿物,矿物按含量依次为正长石、斜长石、石英、黑云母等。

裂隙较发育,多为60度左右的高倾角,裂隙宽0.3mm,裂面平整,沿裂隙面充填有铁锰质薄膜。

表层2m左右多为全风化,岩芯多呈碎屑状、块状,地质取芯率(RQD)低于10%;多为中等风化,岩芯呈块状和柱状,岩心采取率60%~90%,RQD值25%~80%。

第四系全新统(alplQ4)岩性为泥卵石,分布在下游河槽内,卵石成分主要为安山岩、花岗岩,灰绿色,灰黄色,多呈次圆状,粒径一般3~5cm,最大10cm左右,含量50%左右,泥质充填,结构较松散。

例析有限元方法对水库大坝渗流问题

例析有限元方法对水库大坝渗流问题

例析有限元方法对水库大坝渗流问题1工程基本情况建兴水库位于四川省德阳市中江县富兴镇会棚乡,是一座拦蓄式水库,其工程任务是以灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合功能的小(1)型水利工程。

中江县距震中汶川县映秀镇不到100km,水库坝址以上集雨面积18.1km2,总库容170万m3,设计灌面4000亩,设计洪水标准为30年一遇(P=3.3%),设计洪水位596.28m,校核洪水为500年一遇(P=0.20%),校核洪水位597.18m。

水库正常蓄水位594.20m,死水位583.00m。

大坝为均质土坝,坝顶高程为597.80m,坝顶宽4.4m,最大坝高18.4m,坝顶长91.00m,基础底高程为579.40m。

大坝上游坡比为1∶2.25;下游坡比为1∶2.0。

工程自1960年12月建成以来,对当地的生产生活起着重大作用,同时发挥了较大的经济效益。

据现场调查,该坝施工时为抢工期,上坝土料不均,碾压不均或不密实,加之无检测手段,导致填筑质量较差。

受汶川特大地震影响,坝脚及放空洞出现5处涌水点且有明显浑水流出。

2008年7月,据钻孔揭露:坝体填料为黄褐色粘土夹块碎石,粘土呈可塑—硬塑状,碎石、角砾及砂约占15%~20%。

压水试验表明,渗透系数K变化较大,从1.38×10-5cm/s~2.23×10-4cm/s,说明坝体均匀性较差,渗透系数平均值为1.30×10-4cm/s大于10-4cm/s,不满足规范要求。

工程于2009年进行加除险加固整治,其渗渗整治措施为:坝体充填灌浆,坝基帷幕灌浆。

灌浆沿坝轴线布孔,分三序钻灌,施工时严格质量控制,灌浆防渗体渗透系数要求小于10-4cm/s,达10-5cm/s左右。

经过多年运行,渗漏整治效果良好。

2大坝渗流计算方法及渗透指标2.1计算公式对于符合达西定律的二向均质、各向同性土体的渗流,当土体已完全固结时,其水头函数符合拉普拉斯方程式:+=0与之相应的边界条件为:初始条件:边界条件:水头边界:流量边界:z:坐标位置高程q:自由面下降或上升时从自由边界流入或流出渗流场的单宽流量2.1.1计算断面。

UDEC流固耦合-边坡渗流实例解析

UDEC流固耦合-边坡渗流实例解析

UDEC流固耦合-边坡渗流实例解析岩体节理边坡的稳定性受边坡后面水位所影响。

本例中,水位阶段升高直到边坡失稳,当节理内的流体压力增加(节理内的有效正应力降低)以至于边坡面节理的抗剪强度达到极限时,边坡产生破坏。

包含规则节理边坡的几何模型见图8.1。

水位在坡址按四个阶段逐渐升高,四个阶段的水位高程分别是6m、8m、9m和10m。

在每一阶段均进行一个稳定流体的分析。

图8.1节理边坡渗流问题的几何体假定下面的材料参数为节理边坡的岩体参数。

8.2 UDEC分析UDEC分析模型见图8.2, 本问题通过设置SET flow steady命令进行稳定流模拟,水位的上升采用BOUND pp pygrad命令改变每个阶段的流体压力梯度来实现.数据文件见8.3节.首先,边坡在重力荷载下达到平衡,然后在右侧的水位上升到坡址上高度6m处;左侧的水位保持在坡址的水平上,在这个流体压力条件下,边坡是稳定的.此条件下的稳定流态见图8.3.接下来,右侧的水位上升到8m,8m水位高度条件下稳定流态见图8.4.系统再次达到平衡.然后水位上升至9m.流体状态见图9.5,边坡仍旧保持稳定.最后,水位达到边坡的顶部,此条件下的流态见图8.6.在10m水位时,边坡滑动,见图8.7的岩石楔形体.注意.本问题采用了命令SET delc off进行设置,它将阻止接触后面破坏的岩石楔形体被删除,否则,与这些接触相关的区域将变成外部区域,并且流体压力将会消失. 当楔形体产生大位移时.这将很难确定实际的流体压力.保守的估计是假定流体压力没有消.Example 8.1 SLOPEFLO.DAT; ================================================;; --- fluid flow test run ---; --- slope : 10 m high ---;; --- 2 joint sets : 20 and 80 deg.; friction = 30 deg.;; --- r.h.s. water level : 6 m --- no failure ---;8m;9m;10 m --- failure ---;; ================================================ ;round 0.05;设置倒圆角数值set delc off;设置破坏体不被删除;block 0,-5 0,0 5,0 11,10 22,10 22,-5;定义问题几何体的外轮廓;节理切割块体jset 20,0 100,0 0,0 2,0 (5,1);倾角20jset 80,0 100,0 0,0 3,0 (5,0);倾角80;del area 0.1;删除面积小于0.1的块体;;plot block;显示块体gen auto 10;生成变长10的三角形单元;;plot block zones;显示单元划分网格;参数设置prop mat=1 dens=0.0025 k=16667 g=10000prop mat=1 jkn=10000 jks=10000 jfric=45.0prop mat=1 jperm=1.0e8 azero=0.0005 ares=0.0002 ;change jmat=1 jcons=2;初始应力条件insitu str -0.125 0 -0.25 ygrad 0.0125 0 0.025 ;边界条件bound xvel=0 range -1,1 -6 1bound yvel=0 range -1,31 -6 -4bound xvel=0 range 21,23 -6 11;设置重力加速度grav 0 -10;记录时步和点的位移、不平衡力hist n=100 xdis 11,10 ydis 11,10hist unbal;求解和保存solve rat 1e-5save slfl1.sav;查看计算结果;plot block dis yel;plot hist 1;plot hist 2; --------------------------------------;; flow --- r.h.s. water at y=6m;; --- no failure ---;; --------------------------------------fluid dens 0.001;流体密度bound imperm range -1,31 -6 -4;不可渗透边界bound pygrad -0.01 range -1,1 -6 1;左侧水位0,x=0,y=-6~1bound pp=0.06 pygrad -0.01 range 21,23 -6 6 ; 右侧升高水位到6m,x=22,y=-6~6;set flow steady;设置稳定流;hist xdis 5.92 1.54 ydis 5.92 1.54;记录点位移reset displ jdisprop mat=1 jfric=25cyc 500save slfl2.sav;计算结果显示;plot bl vf yel显示流体矢量-黄色;plot bl dis yel显示块体位移;plot bl pp yel显示节理孔隙水压力; --------------------------------------;; flow --- r.h.s. water raised to y=8m;; --- some slip, but no block failure ---;; --------------------------------------bound pp=0.08 pygrad -0.01 range 21,23 -6 8 cyc 500save slfl3.sav;;plot bl vf yel流体矢量-黄色;plot bl pp red dis yel同时显示孔隙水压力(红色)和位移(黄色);plot bl sh yel显示节理剪切位移数量; --------------------------------------;; flow --- r.h.s. water raised to y=9m;; --- no failure ---;; --------------------------------------bound pp=0.09 pygrad -0.01 range 21,23 -6 9 cyc 1000save slfl4.sav;; --------------------------------------;; flow --- r.h.s. water raised to y=10m;; --- failure ---;; --------------------------------------bound pp=0.10 pygrad -0.01 range 21,23 -6 11 cyc 15000save slfl5.savreturn欢迎您的下载,资料仅供参考!致力为企业和个人提供合同协议,策划案计划书,学习资料等等打造全网一站式需求。

上游式尾矿库一种新的初期坝型式的渗流计算分析

上游式尾矿库一种新的初期坝型式的渗流计算分析

上游式尾矿库一种新的初期坝型式的渗流计算分析
上游式尾矿库是近年来开展的一种新的初期坝型式,其特点是利用坝后侧的高地形作
为尾矿库蓄存池体的主要构筑体,以开挖的路堤沿作为尾矿库坝体,并在路堤与高地形交
汇处设置泄洪道,以容易控制的水位为最高水位,通过此构造形式实现尾矿库或沉淀池蓄能,使尾矿输送不产生下游污染问题,并能减少采用常规坝型时大面积的占用土地。

然而,在尾矿库的渗流分析方面,由于此坝型的特殊形态和结构特点,还较为欠缺,对于其渗流
规律以及渗流量的计算和分析尚需要进一步的研究。

本文以某上游式尾矿库为例,首先对尾矿库的形态、结构和渗流特点进行分析,并建
立尾矿库的简化渗流模型,利用分布式渗流模型计算分析了尾矿库的渗流量及水位变化,
得到了尾矿库的水位、渗流量与时间的变化规律。

根据分析结果,提出了尾矿库的排水措
施和建议。

本文的结果表明,上游式尾矿库的渗流计算可以利用分布式渗流模型进行,通过对于
尾矿库的各个结构以及池体的形态特点进行细致的建模,可以较为准确地预测尾矿库的渗
流量和水位变化,为尾矿库的建设和运行提供依据和参考。

此外,在排水措施方面,本文
提出在泄洪道上设置理石砂垫层或者透水砖块垫层,能够有效地增加泄洪道的阻抗和过水
能力,减少泄洪道渗流量和污染物的扩散范围,提高尾矿库的治理效果。

综上所述,本文对于上游式尾矿库的渗流分析进行了细致的计算和分析,得出了尾矿
库的渗流规律和排水措施,为尾矿库的建设和运行提供了实用的指导。

然而,本文的研究
针对的仅为某一特定的尾矿库,尚需对于其他尾矿库的渗流计算和分析进行进一步的研究,以完善尾矿库渗流分析的理论和方法体系。

例析水库坝体渗流及稳定性

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。

渗流数值计算的有限单元法

渗流数值计算的有限单元法

渗流数值计算的有限单元法渗流问题常用的数值计算方法主要的是有限差分法和有限单元法,其中有限差分法出现较早,随着计算机和计算技术的发展,有限单元法在这一领域的应用日益广泛,并在计算复杂渗流工程问题中占有较大优势,下面简要介绍渗流问题有限单元法的基本概念。

(1)控制方程和边界条件本章介绍的渗流仅限于饱和土中的渗流,且假定渗流过程中土的孔隙比不变,即土的渗透系数不随时间变化。

前面已推导出二维渗流问题的控制方程为02222=∂∂+∂∂yhk x h k y x (3-64) 渗流问题数值计算的边界条件有两类。

第一类边界条件是给定水头边界,这种边界常出现在渗流区域与地表水的连接处。

对于这种边界上的所有点,每一时刻水头h 是给定的,即),,(),,(1t y x t y x h ϕ=Γ,1,Γ∈y x ,0>t (3-65)式中:h -边界1Γ上某点),(y x 在t 时刻的给定水头;ϕ-已知函数。

第二类边界条件是给定水流通量(流入或流出)边界,在这种类型的边界上,单位面积流入(或流出)的通量是已知的,即),,(),cos(),cos(2t y x q y n y h k x n x h k wy w x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂Γ,2,Γ∈y x ,0>t (3-66)式中:),cos(x n ,),cos(y n —边界外法线向量与坐标轴正向之间夹角的余弦;),,(t y x q —t 时刻边界2Γ上某点),(y x 处水流量,为已知函数。

除了上述两类边界条件外,渗流问题的边界条件也可以是混合边界条件,即部分边界上的水头为已知、部分边界上的流量为已知。

(2)泛函和变分式(3-64)所示微分方程在复杂的边界条件下无法得到解析解,采用数值方法计算时,首先建立h 的泛函,一定边值问题的解就是这个泛函的极小值,这个求解过程就是变分。

对二维渗流情况(图3.18),在x 方向,t d 时间内,外力在单位重量流体上所做的功的增量为*-=xx x h q dA d d (3-67) 其中,x q d 为x 方向的流量增量;*x h d 为在x 方向上的近似水头差,上标*表示近似,*x h d 可以表示为x xh h xd d ∂∂=** (3-68)图3.18 单元流体做的功则x xh q A x x d d d ∂∂-=*(3-69)由y x h k q x x d ∂∂-=*可得yk q x h x x d =∂∂-*,代入式(3-69),整理后得 x x x x q q yk xA d d d d =(3-70) 到时间0t 外力所做的总功为2d d d d d 20xx Q x x x x Q y k x q q y k x A x ==⎰ (3-71) x Q 是在某时间0t 内,水头为h 时的总渗流量y xhk Q xx d ∂∂-= (3-72) 则y x xh k A x x d d )(22∂∂=(3-73) 单位体积外力所做的功2)(2xh k a x x ∂∂=(3-74) 由于外力做功等于土体内存储的能量,设渗流的能量密度为x ω、y ω,则2)(2xh k a x x x ∂∂-=-=ω (3-75a )2)(2yh k a y y y ∂∂-=-=ω (3-75b )同样,在某一渗流域Ω中,忽略流体的可压缩性,其渗流能的表达式为y x y h k x h k h I y x d d )()(21)(22⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂=⎰⎰Ω(3-76)对于非稳定渗流,存在自由水面的情况,边界上能量为⎰⎰Γ∂∂=ΓΓd cos d 2h thqh θμ,则上述渗流能为⎰⎰⎰ΩΓΓ∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂=2d cos d d )()(21)(22h t hy x y h k x h k h I z x θμ (3-77))(h I 是一个泛函,求其极小值,对应的),(y x h 就是式(3-64)的解。

几个工程渗漏案例调查分析及处理方案介绍

几个工程渗漏案例调查分析及处理方案介绍

几个工程渗漏案例调查分析及处理方案介绍摘要本文通过几个渗漏处理工程案例调查分析及处理方案的实施效果评价,为类似工程渗漏处理提供借鉴的经验,以便相关工程实践中做好水利工程施工中渗漏问题的施工控制。

关键词工程渗漏调查分析处理方案1 工程渗漏案例1.1 云鹏电站导流洞高压动水堵漏处理1.1.1 工程现状云鹏水电站右岸泄洪(导流)洞为有压洞,隧洞进口设置检修闸门井,进口底板高程823.0m,出口底板高程为821.989m。

右岸泄洪洞总长为711.00m,衬砌厚度仅0.6m。

正常蓄水位情况下,洞室顶部位于水下约70m。

大坝蓄水后,隧洞受水压力的影响,施工缝、施工冷缝等出现范围较大的渗漏水现象。

渗漏水压力大,局部钻孔测试渗透压力达到0.7MPa,渗漏水与库区水头相通,处理难度很大。

为此参建各方曾组织尾工处理机构,组织施工力量,历时一年多的处理,但收效甚微。

处理过程中,存在的问题及处理难度主要有以下几个方面:(1)施工缝、冷缝渗水压力大,但灌浆时,注浆量不大;灌浆后,缝面漏水现象仍然存在,处理效果不明显;(2)渗漏点钻孔灌浆时,一旦接近设计灌浆压力,灌浆孔周边出现明显增多的微渗漏细小裂缝,施工冷缝也出现渗水;(3)渗水点渗透压力大,但布孔灌浆时,采取高于水头压力的灌浆压力,仍然不能有效的注浆,有些孔甚至基本不吸浆;(4)因隧洞衬砌厚度仅0.6m,灌浆压力过大(超过0.75MPa)时,新的渗水点不断增加,对在水下约70m隧洞内施工人员存在安全威胁,一旦隧洞被击穿,后果不堪设想;(5)局部衬砌洞段曾采取锚固钢板加固后进行灌浆,但钢板四周仍然出现渗水。

1.1.2 施工方案优化(1)改压力注入方式为置换方式。

在进行某一孔灌浆时,将其周边的灌浆孔全部打开进行减压,在灌注该孔时,因其灌浆区域周边均为减压孔,实现了用较小的灌浆压力将灌浆孔区域衬砌混凝土与围岩间的水用浆液挤出、并置换成浆液的目的;(2)配制“流动则不凝,不流动则初凝、且初凝后流动又不凝”的CGF类灌浆材料,保证灌浆过程中浆材在进浆管内部流动,又能使浆液注入空腔后流动速度变缓,以便在动水环境下沉淀或结晶;(3)浆材配比研究:快凝浆材的普遍特性是固化促进剂增加后,早期强度增长快,但浆材固化后,后期强度偏低。

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渗流计算
一、计算情况选择
渗流计算应考虑下列水位组合情况:
(1)上游正常高水位与下游相应的最低水位。

(2)上游设计洪水位与下游相应的水位。

(3)上游水位为3
1坝高处。

二、渗流分析的方法
采用水力学法进行土石坝渗流计算,将坝内渗流分为若干段,应用达西定律和杜平假设,建立各段的运动方程式,然后根据水流的连续性求解渗透流速,渗透流量和浸润线等。

三、计算断面及公式
本设计仅对河槽处最大断面进行渗流计算。

计算公式采用表4-1-4中的不透水地基情况。

四、单宽流量计算
表4-2-7 单宽流量计算表
①正常蓄水位情况下,浸润线方程:x y 92.735.757-= x ∈(0,95,63) 列表(4-2-8)如下,绘于图4-2-3。

表4-2-8 正常蓄水位情况下浸润线表
图4-2-3正常蓄水位情况下渗流及稳定计算图
②设计水位情况情况,浸润线方程为52.6333.10+=x y x ∈(0,84,58) 列表(4-2-9)如下,绘于图4-2-4。

表4-2-9 设计洪水位情况浸润线表
图4-2-4设计洪水位情况下渗流及稳定计算图
③上游水位为1/3坝高处浸润线方程:x
115-
=x∈(0,142,97)
.
13
y81
.0
列表(4-2-10),绘于图4-2-5。

1坝高处浸润线表
表4-2-10 上游水位为
3
图4-2-5上游水位为1/3坝高处情况下渗流及稳定计算图。

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