大壩滲流分析講義課件.ppt

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1、§3土石壩滲流分析一、概述二、水力學(xué)法三、流網(wǎng)法四、滲透變形及防止措施2021/8/101一、滲流分析概述分析目的：檢驗(yàn)壩的初選形式與尺寸，確定滲流力以核算壩坡穩(wěn)定進(jìn)行防滲布置與土料配置，根據(jù)壩內(nèi)的滲流參數(shù)與逸出坡降，檢驗(yàn)土體的滲流穩(wěn)定，防止發(fā)生管涌和流土，確定壩體及壩基中防滲體和排水設(shè)施。確定通過(guò)壩及兩岸的滲流量并設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)的容量2021/8/102滲流計(jì)算內(nèi)容：確定壩體浸潤(rùn)線及下游出逸點(diǎn)的位置，繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢(shì)線分布圖或流網(wǎng)圖；確定壩體與壩基的滲流量；確定壩體出逸段與下游壩基表面的出逸坡降，以及不同土層間的滲透比降；確定庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡內(nèi)的浸潤(rùn)線位置或孔隙壓

2、力；確定壩肩的等勢(shì)線、滲流量或滲透比降。2021/8/103滲流計(jì)算應(yīng)包括以下水位組合情況：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位；上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位；上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位；庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。滲流計(jì)算應(yīng)考慮壩體和壩基滲透系數(shù)的各向異性。計(jì)算滲流量時(shí)宜采用土層滲透系數(shù)的大值平均值，計(jì)算水位降落時(shí)的浸潤(rùn)線宜采用小值平均值。對(duì)1、2級(jí)壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計(jì)算確定滲流場(chǎng)各因素，其它可采用公式計(jì)算。岸邊的繞壩滲流和高山峽谷的高土石壩應(yīng)按叁維滲流用數(shù)值法計(jì)算。2021/8/104土石壩的滲流為無(wú)壓滲流，有浸潤(rùn)面，可視為穩(wěn)定層流，滿足達(dá)西定律，簡(jiǎn)化為

3、平面問(wèn)題。水位急降時(shí)產(chǎn)生不穩(wěn)定流，需考慮浸潤(rùn)面隨時(shí)間變化對(duì)壩坡穩(wěn)定的影響。達(dá)西定律：連續(xù)條件：二維滲流方程：分析法：流體力學(xué)法、水力學(xué)法、圖解法和試驗(yàn)法，最常用的是水力學(xué)法和流網(wǎng)法（圖解法）。2021/8/105基本要點(diǎn):將壩內(nèi)滲流分成若干段（即分段法），應(yīng)用達(dá)西定律和杜平假定（假定任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)的滲透坡降相等），建立各段的運(yùn)動(dòng)方程，根據(jù)水流連續(xù)性求解流速、流量和浸潤(rùn)線等。二、水力學(xué)法基本假定：土料均一，各向同性滲流屬穩(wěn)定流看作平面問(wèn)題滲流看作層流滲流符合連續(xù)定律2021/8/106平均流速：?jiǎn)螌捔髁浚鹤陨嫌蚊妫▁＝0，y=H1)至下游面（x=L,y=H2)積分得：

4、積分（*），可得浸潤(rùn)線方程：（*）（△）2021/8/107（一）不透水地基上均質(zhì)土壩的滲流計(jì)算1、均質(zhì)壩的滲流計(jì)算20世紀(jì)20年代前蘇聯(lián)學(xué)者提出，以浸潤(rùn)線兩端為分界線，將均質(zhì)土壩分為3段：上游楔形體、中間段和下游楔形體，分別列出計(jì)算公式，再根據(jù)水流連續(xù)原理求解，稱為“三段法”。2021/8/108下游無(wú)排水用一個(gè)等效矩形體代替上游楔形體，把此矩形體與原三段法的中間段和而為一，成為第一段，下游楔形體為第二段。虛擬上游面為鉛直的，距原壩坡與設(shè)計(jì)水位交點(diǎn)A的水平距離為ΔL上式根據(jù)流體力學(xué)和電擬試驗(yàn)得到，式中m1為上游壩坡坡率；H1為壩前水深。2021/8/109通過(guò)第一段EOB

5、’B’’的滲流量為：第二段B’B’’N，可以下游水面為界，分為水上和水下兩部分，應(yīng)用達(dá)西定律，可得通過(guò)第二段的滲流量為：根據(jù)水流連續(xù)條件q＝q1＝q2，聯(lián)立以上兩式，可求得a0和q。浸潤(rùn)線方程可以用（△）求得，求出后還應(yīng)對(duì)浸潤(rùn)線進(jìn)口進(jìn)行修正：自A點(diǎn)引與壩坡AM正交的平滑曲線，曲線下端與計(jì)算所得的浸潤(rùn)線相切于A’。壩體為貼坡排水對(duì)壩身浸潤(rùn)線位置沒有影響，計(jì)算方法與下游無(wú)排水相同。2021/8/1010②下游有褥墊排水根據(jù)流體力學(xué)計(jì)算表面，浸潤(rùn)線可由一通過(guò)E并以排水起點(diǎn)為焦點(diǎn)的拋物線來(lái)表示。焦點(diǎn)處的高度為he，拋物線的原點(diǎn)在排水起點(diǎn)后he/2處，可得拋物線的公式為：2021/8

6、/1011拋物線通過(guò)E(x=0,y=H1),代入可得代入流量公式，可得單寬流量：2021/8/1012下游棱體排水當(dāng)下游無(wú)水時(shí)和褥墊式相同，下游有水時(shí)，可將下游水面以上部分按照無(wú)水情況處理。2021/8/1013（二）心墻壩的滲流計(jì)算心墻土料的滲透系數(shù)很小，比壩殼小10E4倍以上，可不考慮上游楔形體降落水頭的作用。下游壩殼的浸潤(rùn)線也較平緩，水頭主要在心墻部位損失。下游有排水時(shí)，可假定浸潤(rùn)線的出逸點(diǎn)為下游水位與堆石內(nèi)坡的交點(diǎn)A。將心墻簡(jiǎn)化為等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,則可求通過(guò)心墻段的單寬流量q1和心墻下游壩殼的單寬流量q2，聯(lián)立求得心墻后浸潤(rùn)線高度h和q2021/8

7、/1014（三）斜墻壩的滲流計(jì)算將斜墻簡(jiǎn)化為等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,則可求通過(guò)斜墻的單寬流量q1和斜墻壩殼的單寬流量q2，聯(lián)立求得h和q2021/8/1015（四）有限深透水地基土石壩的滲流計(jì)算1、均質(zhì)壩的滲流計(jì)算均質(zhì)壩透水地基深度為T，滲透系數(shù)為KT，壩體滲透系數(shù)為k，可將壩體和壩基分開計(jì)算。壩體部分按不透水地基計(jì)算?？杉俣▔误w不透水，按下式計(jì)算壩基的滲流量：式中n為流線彎曲對(duì)滲徑的影響，可查表。2021/8/10162、心墻壩的滲流計(jì)算透水地基上筑有混凝土防滲墻。滲流計(jì)算分防滲體段和墻后段兩部分。通