教學(xué)課件PPT土石壩的滲流分析

1、o河北工程大學(xué)河北工程大學(xué) 水電學(xué)院水電學(xué)院 水利系水利系. 高等學(xué)校高等學(xué)校 水利水電工程水利水電工程 專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè) 5.3 土石壩的滲流分析土石壩的滲流分析 一、概述一、概述 （一）滲流分析的任務(wù)（一）滲流分析的任務(wù) o（1）確定壩體浸潤(rùn)線(xiàn)和下游滲流出逸點(diǎn)的位置，）確定壩體浸潤(rùn)線(xiàn)和下游滲流出逸點(diǎn)的位置， 為壩體穩(wěn)定、應(yīng)力與變形的計(jì)算和排水體的選擇提為壩體穩(wěn)定、應(yīng)力與變形的計(jì)算和排水體的選擇提 供依據(jù)。供依據(jù)。 o（2）計(jì)算壩體與壩基的滲流量）計(jì)算壩體與壩基的滲流量,以便估計(jì)水庫(kù)滲漏以便估計(jì)水庫(kù)滲漏 損失和確定壩體排水設(shè)備的尺寸。損失和確定壩體排水設(shè)備的尺寸。 o（3）計(jì)算壩體與壩基滲流逸出處的

2、滲透坡降，以）計(jì)算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，以 及不同土層之間的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。及不同土層之間的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。 一、概述一、概述 o浸潤(rùn)線(xiàn)、單寬流量、總滲量，滲透坡降浸潤(rùn)線(xiàn)、單寬流量、總滲量，滲透坡降 o壩體、壩基滲流狀況壩體、壩基滲流狀況 o滲流為層流，滿(mǎn)足達(dá)西定律。滲流為層流，滿(mǎn)足達(dá)西定律。 一、概述一、概述 （二）滲流分析的方法（二）滲流分析的方法 o土石壩滲流計(jì)算方法主要有解析法、流網(wǎng)法和電模擬法。土石壩滲流計(jì)算方法主要有解析法、流網(wǎng)法和電模擬法。 o解析法分為流體力學(xué)法和水力學(xué)法。前者理論嚴(yán)謹(jǐn)解析法分為流體力學(xué)法和水力學(xué)法。前者理論嚴(yán)謹(jǐn),但只但只

3、能用于某些邊界條件較為簡(jiǎn)單的情況，水力學(xué)法計(jì)算簡(jiǎn)能用于某些邊界條件較為簡(jiǎn)單的情況，水力學(xué)法計(jì)算簡(jiǎn) 易易,精度可滿(mǎn)足工程要求精度可滿(mǎn)足工程要求,得到了廣泛的應(yīng)用。得到了廣泛的應(yīng)用。 o流網(wǎng)法能求滲流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)滲流要素流網(wǎng)法能求滲流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)滲流要素,并具有一定的精度并具有一定的精度, 但在滲流場(chǎng)內(nèi)土體滲透系數(shù)差別較大的情況下較難應(yīng)用。但在滲流場(chǎng)內(nèi)土體滲透系數(shù)差別較大的情況下較難應(yīng)用。 o電模擬法用電流場(chǎng)模擬滲流場(chǎng)，從而測(cè)定滲流流網(wǎng)。電模擬法用電流場(chǎng)模擬滲流場(chǎng)，從而測(cè)定滲流流網(wǎng)。 o數(shù)值法（有限元法）可計(jì)算不穩(wěn)定滲流和較復(fù)雜的滲流數(shù)值法（有限元法）可計(jì)算不穩(wěn)定滲流和較復(fù)雜的滲流 問(wèn)題。問(wèn)題。 一、

4、概述一、概述 （三）滲流分析的工況（三）滲流分析的工況 o(1)上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位-壩內(nèi)滲透壩內(nèi)滲透 坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形；坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形； o(2)上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)最高水位上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)最高水位-壩內(nèi)浸潤(rùn)壩內(nèi)浸潤(rùn) 線(xiàn)高，滲流量大；線(xiàn)高，滲流量大； o(3)上游校核洪水位與下游相應(yīng)最高水位上游校核洪水位與下游相應(yīng)最高水位-壩內(nèi)浸潤(rùn)壩內(nèi)浸潤(rùn) 線(xiàn)最高，滲流量最大；線(xiàn)最高，滲流量最大； o(4)庫(kù)水降落時(shí)，對(duì)上游壩坡穩(wěn)定不利，應(yīng)確定其浸庫(kù)水降落時(shí)，對(duì)上游壩坡穩(wěn)定不利，應(yīng)確定其浸 潤(rùn)線(xiàn)。潤(rùn)線(xiàn)。 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （一

5、）基本假定（一）基本假定 o1) 土料均質(zhì)，各向同性，壩內(nèi)任一點(diǎn)在各方向上的土料均質(zhì)，各向同性，壩內(nèi)任一點(diǎn)在各方向上的 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k相同；相同； o2) 滲流屬二元穩(wěn)定層流，滲流符合達(dá)西定律滲流屬二元穩(wěn)定層流，滲流符合達(dá)西定律v=kj； o3) 滲流為漸變流，任意過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的坡降和流滲流為漸變流，任意過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的坡降和流 速相同。速相同。 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （二）基本公式（二）基本公式 o應(yīng)用達(dá)西定律和假定，全斷應(yīng)用達(dá)西定律和假定，全斷 面內(nèi)的平均流速等于：面內(nèi)的平均流速等于： o設(shè)單寬滲流量為設(shè)單寬滲流量為q，則：，則： o矩形土體單寬滲流量為

6、：矩形土體單寬滲流量為： dx dy kv dx dy kyvyq l hhk q 2 )( 2 2 2 1 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （二）基本公式（二）基本公式 o：對(duì)任一斷面：對(duì)任一斷面x，進(jìn)行積，進(jìn)行積 分得：分得： o浸潤(rùn)線(xiàn)方程：浸潤(rùn)線(xiàn)方程： x yhk q 2 )( 22 1 x k q hy 2 2 1 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o當(dāng)當(dāng)k地 地k壩壩/100時(shí)，可認(rèn)為地基是不透水的。 時(shí)，可認(rèn)為地基是不透水的。 o1、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法

7、（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o1、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況 用一個(gè)虛擬的等效矩形體代替上游楔形體，把此矩形用一個(gè)虛擬的等效矩形體代替上游楔形體，把此矩形 體與中間段和而為一，成為第一段，下游楔形體為體與中間段和而為一，成為第一段，下游楔形體為 第二段。虛擬土壩的上游面為鉛直的，距原壩坡與第二段。虛擬土壩的上游面為鉛直的，距原壩坡與 設(shè)計(jì)水位線(xiàn)的交點(diǎn)設(shè)計(jì)水位線(xiàn)的交點(diǎn)a的水平距離為的水平距離為l，根據(jù)滲流阻，根據(jù)滲流阻 力相當(dāng)?shù)脑?，通過(guò)試驗(yàn)和理論分析，可得：力相當(dāng)?shù)脑?，通過(guò)試驗(yàn)和理論分析，可得： 式中：式中：m

8、1為上游壩坡坡率；為上游壩坡坡率；h1為壩前水深。為壩前水深。 1 1 1 21 h m m l 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o1、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況 （1）壩身矩形滲流區(qū)段的滲流量：）壩身矩形滲流區(qū)段的滲流量： （2）下游楔形體的滲流量）下游楔形體的滲流量,可分下游水位以上及可分下游水位以上及 以下兩部分以下兩部分 。 l ahh kq 2 )( 2 02 2 1 1 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o1、下游無(wú)排

9、水體或設(shè)貼坡排水體的情況、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況 （2）下游楔形體）下游楔形體, 分為下游水位上、下兩部分分為下游水位上、下兩部分 1)水上部分壩身段與楔形體段以水上部分壩身段與楔形體段以 1：0.5的等勢(shì)線(xiàn)為分界面，水位的等勢(shì)線(xiàn)為分界面，水位 以下部分以鉛直面作為分界面，以下部分以鉛直面作為分界面， 則通過(guò)下游楔形體上部的滲流量：則通過(guò)下游楔形體上部的滲流量： 0 0 2 0 2 2 5 . 05 . 0 a m a kdy ym y kq 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o1、下游無(wú)排水體或設(shè)貼坡排水體的情況、下游無(wú)

10、排水體或設(shè)貼坡排水體的情況 （2）下游楔形體）下游楔形體, 分為下游水位上、下兩部分分為下游水位上、下兩部分 。 2)通過(guò)下游楔形體下部的滲流量為通過(guò)下游楔形體下部的滲流量為 )1 ( 5 . 0 20 2 2 0 222 haa h m a kqqq m 2 22 02 20 2 21 )5 . 0( m hm am ha kq 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均（三）不透水地基上均 質(zhì)壩的滲流計(jì)算質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o1、下游無(wú)排水體或設(shè)、下游無(wú)排水體或設(shè) 貼坡排水體的情況貼坡排水體的情況 根據(jù)水流連續(xù)條件，聯(lián)根據(jù)水流連續(xù)條件，聯(lián) 立兩式，就可求出兩個(gè)立兩式，就可求出兩個(gè) 未知數(shù)的

11、滲流量未知數(shù)的滲流量q和逸和逸 出點(diǎn)高度出點(diǎn)高度a0。 qqq 21 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o2、下游設(shè)褥墊排水、下游設(shè)褥墊排水(棱體排水棱體排水)的情況的情況 1)下游無(wú)水時(shí)將浸潤(rùn)線(xiàn)近似看作是以排水起點(diǎn)下游無(wú)水時(shí)將浸潤(rùn)線(xiàn)近似看作是以排水起點(diǎn)d為焦點(diǎn)且為焦點(diǎn)且 通過(guò)通過(guò)e點(diǎn)的拋物線(xiàn)；點(diǎn)的拋物線(xiàn)； 拋物線(xiàn)方程：拋物線(xiàn)方程： 又浸潤(rùn)線(xiàn)過(guò)又浸潤(rùn)線(xiàn)過(guò)e點(diǎn)點(diǎn) （0，h1），得：），得： x h hy l 0 2 0 2 2 )( lhlh 2 1 2 0 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基

12、上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o2、下游設(shè)褥墊排水、下游設(shè)褥墊排水(棱體排水棱體排水)的情況的情況 1)下游無(wú)水時(shí)下游無(wú)水時(shí) 對(duì)對(duì)x=0和和x=l間的滲流區(qū)域計(jì)算得過(guò)壩體單寬流量間的滲流區(qū)域計(jì)算得過(guò)壩體單寬流量 l hh kq 2 2 0 2 1 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o2、下游設(shè)褥墊排水、下游設(shè)褥墊排水(棱體排水棱體排水)的情況的情況 2)下游有水時(shí)下游有水時(shí) 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算（三）不透水地基上均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 o2、下游設(shè)褥墊排水、下游設(shè)褥墊排水(棱體排水棱體排水)的情況的情況 2)

13、 下游有水時(shí)，近似認(rèn)為壩內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)是以排水體內(nèi)下游有水時(shí)，近似認(rèn)為壩內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)是以排水體內(nèi) 坡與下游面交點(diǎn)為焦點(diǎn)的浸潤(rùn)線(xiàn)，可求得浸潤(rùn)線(xiàn)坡與下游面交點(diǎn)為焦點(diǎn)的浸潤(rùn)線(xiàn)，可求得浸潤(rùn)線(xiàn) 焦點(diǎn)處自下游水面算起的滲流水深焦點(diǎn)處自下游水面算起的滲流水深 壩體單寬流量壩體單寬流量 lhhlh 2 21 2 0 )( l hhh kq 2 )( 2 02 2 1 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o1、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o1、設(shè)棱

14、體排水的均質(zhì)壩、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩 o滲流量：可先假定地基不透水滲流量：可先假定地基不透水,按上述方法確定壩按上述方法確定壩 體的滲流量體的滲流量 q1和浸潤(rùn)線(xiàn)；然后再假定壩體不透水和浸潤(rùn)線(xiàn)；然后再假定壩體不透水, 計(jì)算壩基的滲流量計(jì)算壩基的滲流量q2；最后將；最后將q1和和q2相加相加,即可近即可近 似地得到壩體和壩基的滲流量。似地得到壩體和壩基的滲流量。 o將地基視為過(guò)水?dāng)嗝鏋閷⒌鼗暈檫^(guò)水?dāng)嗝鏋閠1的帶出口彎段的流管，的帶出口彎段的流管， 根據(jù)流體力學(xué)分析根據(jù)流體力學(xué)分析,彎段平均滲徑長(zhǎng)度約彎段平均滲徑長(zhǎng)度約0.44t (t 為地基透水層的厚度為地基透水層的厚度)。 二、水力學(xué)法二、水力

15、學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o1、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩 o壩體和壩基總的單寬滲流量：壩體和壩基總的單寬滲流量： tl thh k hml hh kq t 44. 0 )( )5 . 0(2 21 23 2 2 2 1 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o1、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩、設(shè)棱體排水的均質(zhì)壩 在距原點(diǎn)在距原點(diǎn)0為任意為任意x處取處取1-1斷面，對(duì)斷面，對(duì)x=0與與1-1斷斷 面間的壩體和壩基計(jì)算單寬滲流量。面間的壩體和壩基計(jì)算單寬滲流量。 整理后得壩內(nèi)浸潤(rùn)

16、線(xiàn)方程整理后得壩內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)方程 t x yh kyh x k q t 12 2 1 )( 2 )()( 2 1 2 2 1 yh q tk yh q k x t 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o2、帶截水槽的均質(zhì)壩、帶截水槽的均質(zhì)壩 設(shè)截水槽用平均厚度設(shè)截水槽用平均厚度代替，槽末端斷面滲流水深代替，槽末端斷面滲流水深 為為h，入壩處與槽末端斷面間滲流量：，入壩處與槽末端斷面間滲流量： 同理槽末端斷面和出壩處斷面間滲流量：同理槽末端斷面和出壩處斷面間滲流量： 聯(lián)求可得聯(lián)求可得h，進(jìn)而求得，進(jìn)而求得q t hh k l hh kq

17、 t )( )5 . 0(2 1 2 2 1 23 2 2 2 2 44. 0 )( 2hmtl thh k l hh kq t 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（ o2、帶截水槽的均質(zhì)壩、帶截水槽的均質(zhì)壩 在槽末端斷面與出口斷面間任取在槽末端斷面與出口斷面間任取x斷面，進(jìn)行滲流斷面，進(jìn)行滲流 計(jì)算，可得浸潤(rùn)線(xiàn)方程為：計(jì)算，可得浸潤(rùn)線(xiàn)方程為： x thty kq 2 )()( 22 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基（四）有限深透水地基 上土石壩滲流計(jì)算上土石壩滲流計(jì)算 o3、帶截水槽的心墻壩、帶截水槽的心墻壩 取心

18、墻與截水槽的前后取心墻與截水槽的前后 兩個(gè)斷面與出壩體段兩個(gè)斷面與出壩體段 三個(gè)斷面進(jìn)行滲流分三個(gè)斷面進(jìn)行滲流分 析析。 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 3、帶截水槽的心墻壩、帶截水槽的心墻壩 心墻、截水槽段：取平均厚度心墻、截水槽段：取平均厚度進(jìn)行計(jì)算。若心墻進(jìn)行計(jì)算。若心墻 后的浸潤(rùn)線(xiàn)的高度為后的浸潤(rùn)線(xiàn)的高度為h，可推導(dǎo)出通過(guò)心墻、截水，可推導(dǎo)出通過(guò)心墻、截水 槽的滲流量為：槽的滲流量為： 通過(guò)心墻下游壩體與壩基的單寬滲流量為通過(guò)心墻下游壩體與壩基的單寬滲流量為 根據(jù)連續(xù)條件根據(jù)連續(xù)條件q1=q2，聯(lián)立求解得，聯(lián)立求解得h

19、，進(jìn)而求得，進(jìn)而求得q。 2 )()( 22 1 1 thth kq e tl hh tk l hh kq t 44. 02 2 2 2 2 2 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o4、帶截水槽的斜墻壩、帶截水槽的斜墻壩 取斜墻與截水槽的前后兩個(gè)斷面與出壩體段三個(gè)取斜墻與截水槽的前后兩個(gè)斷面與出壩體段三個(gè) 斷面進(jìn)行滲流分析。斷面進(jìn)行滲流分析。 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算（四）有限深透水地基上土石壩滲流計(jì)算 o4、帶截水槽的斜墻壩、帶截水槽的斜墻壩 o斜墻、截水墻段：斜墻取平均厚度斜墻、截水墻段

20、：斜墻取平均厚度，截水槽取平均厚度，截水槽取平均厚度 1進(jìn)行計(jì)算。斜墻后的浸潤(rùn)線(xiàn)的高度為進(jìn)行計(jì)算。斜墻后的浸潤(rùn)線(xiàn)的高度為h，可推導(dǎo)出通過(guò)，可推導(dǎo)出通過(guò) 斜墻、截水槽的滲流量為：斜墻、截水槽的滲流量為： o通過(guò)斜墻下游壩體與壩基的單寬滲流量為通過(guò)斜墻下游壩體與壩基的單寬滲流量為 o根據(jù)連續(xù)條件根據(jù)連續(xù)條件q1=q2，聯(lián)立求解得，聯(lián)立求解得h，進(jìn)而求得，進(jìn)而求得q。 1 1 0 2 2 1 01 sin2 hh tk hh kq tl hh tk l hh kq t 44. 02 2 2 2 2 2 二、水力學(xué)法二、水力學(xué)法 （五）總滲流量的計(jì)算（五）總滲流量的計(jì)算 o前面計(jì)算的是通過(guò)壩體和壩基的

21、單寬滲流量。由于前面計(jì)算的是通過(guò)壩體和壩基的單寬滲流量。由于 沿壩軸線(xiàn)的各斷面形狀及地基地質(zhì)條件并不相同，沿壩軸線(xiàn)的各斷面形狀及地基地質(zhì)條件并不相同， 因此計(jì)算通過(guò)壩體的總滲流量，可根據(jù)具體情況將因此計(jì)算通過(guò)壩體的總滲流量，可根據(jù)具體情況將 壩體沿壩軸線(xiàn)劃分為若干段。壩體沿壩軸線(xiàn)劃分為若干段。 1122111 )() 2 1 nnnnn lqlqqlqqlqq（ 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 （一）流網(wǎng)的概念（一）流網(wǎng)的概念 o 滲流場(chǎng)：滲流運(yùn)動(dòng)的水質(zhì)點(diǎn)所充滿(mǎn)的空間。滲流場(chǎng)：滲流運(yùn)動(dòng)的水質(zhì)點(diǎn)所充滿(mǎn)的空間。 o 流流 線(xiàn)：水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。線(xiàn)：水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。 o 等勢(shì)線(xiàn)：滲流場(chǎng)中勢(shì)能相等的各點(diǎn)連線(xiàn)。

22、等勢(shì)線(xiàn)：滲流場(chǎng)中勢(shì)能相等的各點(diǎn)連線(xiàn)。 o 流流 網(wǎng)：流線(xiàn)與等勢(shì)線(xiàn)組成的網(wǎng)格。網(wǎng)：流線(xiàn)與等勢(shì)線(xiàn)組成的網(wǎng)格。 （二）流網(wǎng)的特性（二）流網(wǎng)的特性 o（1）流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)都是圓滑的曲線(xiàn)。）流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)都是圓滑的曲線(xiàn)。 o（2）流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)是互相正交的，即在相交點(diǎn)，）流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)是互相正交的，即在相交點(diǎn)， 二曲線(xiàn)的切線(xiàn)互相垂直。二曲線(xiàn)的切線(xiàn)互相垂直。 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 （三）流網(wǎng)的繪制（三）流網(wǎng)的繪制 o首先確定流網(wǎng)邊界，浸潤(rùn)線(xiàn)和不透水地基的表面是第一首先確定流網(wǎng)邊界，浸潤(rùn)線(xiàn)和不透水地基的表面是第一 條和最末一條流線(xiàn)；上下游水下壩坡和庫(kù)底是第一和最條和最末一條流線(xiàn)；上下游水下壩坡和庫(kù)底是第一和最 末一

23、條等勢(shì)線(xiàn)；末一條等勢(shì)線(xiàn)； o其次，在浸潤(rùn)線(xiàn)和最末一條流線(xiàn)之間再繪出幾條流線(xiàn)；其次，在浸潤(rùn)線(xiàn)和最末一條流線(xiàn)之間再繪出幾條流線(xiàn)； o再次，將上、下游水頭差再次，將上、下游水頭差h分成分成n等份，每份為等份，每份為h/n， 然后引水平線(xiàn)與浸潤(rùn)線(xiàn)相交，從交點(diǎn)處按照等勢(shì)線(xiàn)與流然后引水平線(xiàn)與浸潤(rùn)線(xiàn)相交，從交點(diǎn)處按照等勢(shì)線(xiàn)與流 線(xiàn)正交的原則繪制等勢(shì)線(xiàn)，形成初步的流網(wǎng)。線(xiàn)正交的原則繪制等勢(shì)線(xiàn)，形成初步的流網(wǎng)。 o最后，不斷修改流線(xiàn)（包括初擬浸潤(rùn)線(xiàn)）與等勢(shì)線(xiàn)，直最后，不斷修改流線(xiàn)（包括初擬浸潤(rùn)線(xiàn)）與等勢(shì)線(xiàn)，直 至使它們構(gòu)成的網(wǎng)格符合要求，使之成為扭曲正方形。至使它們構(gòu)成的網(wǎng)格符合要求，使之成為扭曲正方形。 流網(wǎng)

24、繪制示意圖流網(wǎng)繪制示意圖 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 （四）流網(wǎng)的應(yīng)用（四）流網(wǎng)的應(yīng)用 o1、滲透坡降與滲透流速：在圖中任取一網(wǎng)格、滲透坡降與滲透流速：在圖中任取一網(wǎng)格i，兩等勢(shì)，兩等勢(shì) 線(xiàn)相距為線(xiàn)相距為li，兩流線(xiàn)間相距為，兩流線(xiàn)間相距為mi，水頭差為，水頭差為h/n ， 則該網(wǎng)格的平均滲透坡降為：則該網(wǎng)格的平均滲透坡降為： 通過(guò)該網(wǎng)格兩流線(xiàn)間（流帶）的平均滲透流速為：通過(guò)該網(wǎng)格兩流線(xiàn)間（流帶）的平均滲透流速為： 由于由于k、h，n 在同一流網(wǎng)中為常數(shù)，在同一流網(wǎng)中為常數(shù)，ji及及vi大小與網(wǎng)大小與網(wǎng) 格的中流線(xiàn)格的中流線(xiàn)li成反比，即網(wǎng)格小的地方坡降和流速大，成反比，即網(wǎng)格

25、小的地方坡降和流速大， 反之則小。反之則小。 i ii ln k kjv ii i lnl n j 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 （四）流網(wǎng)的應(yīng)用（四）流網(wǎng)的應(yīng)用 o2、滲流量、滲流量 單寬滲流量單寬滲流量q為所有流帶流量的總和。為所有流帶流量的總和。 網(wǎng)格網(wǎng)格i所在流所在流 帶中的滲流量為：帶中的滲流量為： 如果繪制的網(wǎng)格是扭曲正方形，則：如果繪制的網(wǎng)格是扭曲正方形，則： 如整個(gè)流網(wǎng)分成如整個(gè)流網(wǎng)分成m個(gè)流帶，則單寬總滲透流量為：個(gè)流帶，則單寬總滲透流量為： i i ii ln mhk mkjq n hk q m i i qq 1 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 （四）流網(wǎng)的應(yīng)用（四）流網(wǎng)的應(yīng)用 o3、滲透動(dòng)

26、水壓力、滲透動(dòng)水壓力 因?yàn)槿我鈨上噜彽葎?shì)線(xiàn)的水頭差為因?yàn)槿我鈨上噜彽葎?shì)線(xiàn)的水頭差為h/n ，所以，所以 任一網(wǎng)格任一網(wǎng)格i范圍內(nèi)的土體所承受的滲透動(dòng)水壓力范圍內(nèi)的土體所承受的滲透動(dòng)水壓力 為：為： 式中式中 ai網(wǎng)格網(wǎng)格i的面積；的面積； 水的重度。水的重度。 iii i i ajl ln l n w 11 2 三、流網(wǎng)法三、流網(wǎng)法 各種形式的流網(wǎng)各種形式的流網(wǎng) 四、土石壩的滲透變形形式及判別四、土石壩的滲透變形形式及判別 （一）滲透變形形式（一）滲透變形形式 o（1）管涌）管涌 在滲流作用下，壩體或壩基中的細(xì)小顆在滲流作用下，壩體或壩基中的細(xì)小顆 粒被滲流帶走逐步形成滲流通道的現(xiàn)象稱(chēng)為管涌，

27、粒被滲流帶走逐步形成滲流通道的現(xiàn)象稱(chēng)為管涌， 常發(fā)生在壩的下游坡或閘壩下游地基面滲流逸出處。常發(fā)生在壩的下游坡或閘壩下游地基面滲流逸出處。 沒(méi)有凝聚力的無(wú)粘性砂土、礫石砂土中容易出現(xiàn)管沒(méi)有凝聚力的無(wú)粘性砂土、礫石砂土中容易出現(xiàn)管 涌；粘性土的顆粒之間存在有凝聚力（或稱(chēng)粘結(jié)涌；粘性土的顆粒之間存在有凝聚力（或稱(chēng)粘結(jié) 力），滲流難以把其中的顆粒帶走，一般不易發(fā)生力），滲流難以把其中的顆粒帶走，一般不易發(fā)生 管涌。管涌。 四、土石壩的滲透變形形式及判別四、土石壩的滲透變形形式及判別 （一）滲透變形形式（一）滲透變形形式 o管涌管涌 四、土石壩的滲透變形形式及判別四、土石壩的滲透變形形式及判別 （一）

28、滲透變形形式（一）滲透變形形式 o（2）流土）流土 在滲流作用下，成塊土體被掀起浮動(dòng)的在滲流作用下，成塊土體被掀起浮動(dòng)的 現(xiàn)象稱(chēng)為流土。它主要發(fā)生在粘性土及均勻非粘性現(xiàn)象稱(chēng)為流土。它主要發(fā)生在粘性土及均勻非粘性 土體的滲流出口處。發(fā)生流土?xí)r的水力坡降稱(chēng)為流土體的滲流出口處。發(fā)生流土?xí)r的水力坡降稱(chēng)為流 土的破壞坡降。土的破壞坡降。 o（3）接觸沖刷）接觸沖刷 當(dāng)滲流沿兩種不同土壤的接觸面流當(dāng)滲流沿兩種不同土壤的接觸面流 動(dòng)時(shí)，把其中細(xì)顆粒帶走的現(xiàn)象，稱(chēng)為接觸沖刷。動(dòng)時(shí)，把其中細(xì)顆粒帶走的現(xiàn)象，稱(chēng)為接觸沖刷。 接觸沖刷可能使臨近接觸面的不同土層混合起來(lái)。接觸沖刷可能使臨近接觸面的不同土層混合起來(lái)。

29、 四、土石壩的滲透變形形式及判別四、土石壩的滲透變形形式及判別 （一）滲透變形形式（一）滲透變形形式 o（4）接觸流土和接觸管涌）接觸流土和接觸管涌 滲流方向垂直于兩種不滲流方向垂直于兩種不 同土壤的接觸面時(shí)，例如在粘土心墻（或斜墻）與同土壤的接觸面時(shí)，例如在粘土心墻（或斜墻）與 壩殼砂礫料之間，壩體或壩基與排水設(shè)施之間，以壩殼砂礫料之間，壩體或壩基與排水設(shè)施之間，以 及壩基內(nèi)不同土層之間的滲流，可能把其中一層的及壩基內(nèi)不同土層之間的滲流，可能把其中一層的 細(xì)顆粒帶到另一層的粗顆粒中去，稱(chēng)為接觸管涌。細(xì)顆粒帶到另一層的粗顆粒中去，稱(chēng)為接觸管涌。 當(dāng)其中一層為粘性土，由于含水量增大凝聚力降低當(dāng)其

30、中一層為粘性土，由于含水量增大凝聚力降低 而成塊移動(dòng)，甚至形成剝蝕時(shí)，稱(chēng)為接觸流土。而成塊移動(dòng)，甚至形成剝蝕時(shí)，稱(chēng)為接觸流土。 四、土石壩的滲透變形形式及判別四、土石壩的滲透變形形式及判別 （一）滲透變形形式（一）滲透變形形式 o接觸流土和接觸沖刷接觸流土和接觸沖刷 四、土石壩的滲透變形形式及判別四、土石壩的滲透變形形式及判別 （二）管涌和流土的判別（二）管涌和流土的判別 o（1）南京水科院研究認(rèn)為，土壤中細(xì)粒（粒徑）南京水科院研究認(rèn)為，土壤中細(xì)粒（粒徑 d2mm)含量是影響土體滲透性能和滲透變形形含量是影響土體滲透性能和滲透變形形 式的主要因素，式的主要因素， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)為管涌，時(shí)為管涌， p

31、g粒徑粒徑d2mm的細(xì)粒含量，的細(xì)粒含量，%； n土體孔隙率；土體孔隙率；修正系數(shù)，修正系數(shù)， =0.951.00 o（2）伊斯妥明娜法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù)）伊斯妥明娜法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù)判判 定。定。20時(shí)為管涌時(shí)為管涌 n n p g 1 五、土石壩的滲透變形形式及判別五、土石壩的滲透變形形式及判別 （一）管涌的臨界坡降與允許坡降（一）管涌的臨界坡降與允許坡降 o對(duì)中小型工程及初步設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)滲流方向?yàn)橛上孪驅(qū)χ行⌒凸こ碳俺醪皆O(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)滲流方向?yàn)橛上孪?上時(shí)，可用南京水利科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式推算：上時(shí)，可用南京水利科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式推算： d3相應(yīng)粒徑級(jí)配曲線(xiàn)上含量相應(yīng)粒徑級(jí)配曲線(xiàn)上

32、含量3%的粒徑，的粒徑，mm； k土壤滲透系數(shù)，土壤滲透系數(shù)，cm/s； n土壤孔隙率。土壤孔隙率。 容許滲透坡降容許滲透坡降j，根據(jù)建筑物級(jí)別和土壤的類(lèi)型選，根據(jù)建筑物級(jí)別和土壤的類(lèi)型選 用，一般取安全系數(shù)用，一般取安全系數(shù)k=1.52。j值還可參照不值還可參照不 均勻系數(shù)值均勻系數(shù)值選用。選用。 3 3 42 n k d jc 五、土石壩的滲透變形形式及判別五、土石壩的滲透變形形式及判別 （二）流土的臨界坡降與允許坡降（二）流土的臨界坡降與允許坡降 o當(dāng)滲流自下向上作用時(shí)，常采用根據(jù)極限平衡得到當(dāng)滲流自下向上作用時(shí)，常采用根據(jù)極限平衡得到 的太沙基公式計(jì)算，的太沙基公式計(jì)算， 即：即： 式

33、中式中 g土粒比重；土粒比重；n土的孔隙率。土的孔隙率。 jb一般在一般在0.81.2之間變化。之間變化。 容許滲透坡降容許滲透坡降jb也要采用一定的安全系數(shù)，對(duì)用也要采用一定的安全系數(shù)，對(duì)用 粘性土，可用粘性土，可用1.5；對(duì)于非粘性土，可用；對(duì)于非粘性土，可用2.02.5。 )1)(1(ngj b 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 若抗?jié)B穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果為若抗?jié)B穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果為jj，則壩體可能會(huì)產(chǎn)生，則壩體可能會(huì)產(chǎn)生 滲透變形，要采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?。土石壩防止?jié)B滲透變形，要采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?。土石壩防止?jié)B 透變形的措施主要從兩方面考慮：透變形的措施主要從兩方面考慮： o一、是

34、盡量降低滲流的水力坡降一、是盡量降低滲流的水力坡降j，減小滲透流速，減小滲透流速 和滲流力；（上堵）和滲流力；（上堵） o二、是增大滲流出口處土體抵抗?jié)B透變形的能力。二、是增大滲流出口處土體抵抗?jié)B透變形的能力。 （下排）（下排） 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 防滲措施設(shè)計(jì)防滲措施設(shè)計(jì)上堵下排上堵下排 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 常用的工程措施有：常用的工程措施有： o1、設(shè)置水平或垂直防滲體，以延長(zhǎng)滲徑，減小滲、設(shè)置水平或垂直防滲體，以延長(zhǎng)滲徑，減小滲 透坡降和阻截滲流；透坡降和阻截滲流； o2、設(shè)置減壓設(shè)備和蓋重；、設(shè)置減壓設(shè)備和蓋重； o3

35、、設(shè)置反濾層。、設(shè)置反濾層。 設(shè)置反濾層是提高抗?jié)B破壞能力、防止各類(lèi)滲透變形設(shè)置反濾層是提高抗?jié)B破壞能力、防止各類(lèi)滲透變形 特別是防止管涌的有效措施。在任何滲流流入排水特別是防止管涌的有效措施。在任何滲流流入排水 設(shè)施處一般都要設(shè)置反濾層。設(shè)施處一般都要設(shè)置反濾層。 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 3、設(shè)置反濾層。、設(shè)置反濾層。 o（1）反濾層的作用：反濾層作用是）反濾層的作用：反濾層作用是“濾土排水濾土排水”， 對(duì)其要求是：對(duì)其要求是： 1）滲透性大于被保護(hù)土，能通暢地排出滲透水流；）滲透性大于被保護(hù)土，能通暢地排出滲透水流； 2）每層的砂石顆粒不發(fā)生移動(dòng)；）每層的砂石

36、顆粒不發(fā)生移動(dòng)； 3）較細(xì)層的顆粒不穿過(guò)較粗層的孔隙；）較細(xì)層的顆粒不穿過(guò)較粗層的孔隙； 4）被保護(hù)的土體顆粒，除極細(xì)小的顆粒外不隨滲流）被保護(hù)的土體顆粒，除極細(xì)小的顆粒外不隨滲流 帶入反濾層，極細(xì)小的顆粒如隨滲流帶走但不得淤帶入反濾層，極細(xì)小的顆粒如隨滲流帶走但不得淤 塞反濾層。塞反濾層。 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 （2）反濾層的結(jié)構(gòu)）反濾層的結(jié)構(gòu) 反濾層一般是由層不同粒徑的非粘性土、砂和反濾層一般是由層不同粒徑的非粘性土、砂和 砂礫石組成的。層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直，砂礫石組成的。層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直， 各層的粒徑則按滲流方向逐層增加。各層的粒徑

37、則按滲流方向逐層增加。 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 3、設(shè)置反濾層。、設(shè)置反濾層。 o（3）反濾層的材料）反濾層的材料 反濾層的材料首先應(yīng)該是耐久的、能抗風(fēng)化的砂石料。反濾層的材料首先應(yīng)該是耐久的、能抗風(fēng)化的砂石料。 為保證濾土排水的正常工作，材料的布置和要求應(yīng)為保證濾土排水的正常工作，材料的布置和要求應(yīng) 滿(mǎn)足如下原則：滿(mǎn)足如下原則： 1）被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過(guò)反濾層。但對(duì)細(xì)小的）被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過(guò)反濾層。但對(duì)細(xì)小的 顆粒（如粒徑小于顆粒（如粒徑小于0.1mm的砂土），則可允許被帶的砂土），則可允許被帶 走。因?yàn)樗谋粠ё卟粫?huì)使土的骨架破壞，不至于走。因?yàn)樗谋粠ё卟粫?huì)使土的骨架破壞，不至于 產(chǎn)生滲透變形。產(chǎn)生滲透變形。 2）各層的顆粒不得發(fā)生移動(dòng)。）各層的顆粒不得發(fā)生移動(dòng)。 六、防止?jié)B透變形的工程措施六、防止?jié)B透變形的工程措施 （3）反濾層的材料）反濾層的材料 3）相臨兩層間，較小的