大壩滲流分析

大壩滲流分析一、滲流分析概述分析目得:檢驗壩得初選形式與尺寸,確定滲流力以核算壩坡穩(wěn)定進行防滲布置與土料配置,根據(jù)壩內(nèi)得滲流參數(shù)與逸出坡降,檢驗土體得滲流穩(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。確定通過壩及兩岸得滲流量并設(shè)計排水系統(tǒng)得容量滲流計算內(nèi)容:確定壩體浸潤線及下游出逸點得位置,繪制壩體及壩基內(nèi)得等勢線分布圖或流網(wǎng)圖;確定壩體與壩基得滲流量;確定壩體出逸段與下游壩基表面得出逸坡降,以及不同土層間得滲透比降;確定庫水位降落時上游壩坡內(nèi)得浸潤線位置或孔隙壓力;確定壩肩得等勢線、滲流量或滲透比降。滲流計算應(yīng)包括以下水位組合情況:上游正常蓄水位與下游相應(yīng)得最低水位;上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)得水位;上游校核洪水位與下游相應(yīng)得水位;庫水位降落時上游壩坡穩(wěn)定最不利得情況。

滲流計算應(yīng)考慮壩體和壩基滲透系數(shù)得各向異性。計算滲流量時宜采用土層滲透系數(shù)得大值平均值,計算水位降落時得浸潤線宜采用小值平均值。對1、2級壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計算確定滲流場各因素,其她可采用公式計算。岸邊得繞壩滲流和高山峽谷得高土石壩應(yīng)按叁維滲流用數(shù)值法計算。土石壩得滲流為無壓滲流,有浸潤面,可視為穩(wěn)定層流,滿足達西定律,簡化為平面問題。水位急降時產(chǎn)生不穩(wěn)定流,需考慮浸潤面隨時間變化對壩坡穩(wěn)定得影響。達西定律: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、圖解法和試驗法,最常用得就是水力學(xué)法和流網(wǎng)法(圖解法)?；疽c:將壩內(nèi)滲流分成若干段(即分段法),應(yīng)用達西定律和杜平假定(假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點得滲透坡降相等),建立各段得運動方程,根據(jù)水流連續(xù)性求解流速、流量和浸潤線等。二、水力學(xué)法基本假定:土料均一,各向同性滲流屬穩(wěn)定流看作平面問題滲流看作層流滲流符合連續(xù)定律平均流速:單寬流量:自上游面(x＝0,y=H1)至下游面(x=L,y=H2)積分得:積分(*),可得浸潤線方程:(*)(△)(一)不透水地基上均質(zhì)土壩得滲流計算1、均質(zhì)壩得滲流計算20世紀(jì)20年代前蘇聯(lián)學(xué)者提出,以浸潤線兩端為分界線,將均質(zhì)土壩分為3段:上游楔形體、中間段和下游楔形體,分別列出計算公式,再根據(jù)水流連續(xù)原理求解,稱為“三段法”。下游無排水用一個等效矩形體代替上游楔形體,把此矩形體與原三段法得中間段和而為一,成為第一段,下游楔形體為第二段。虛擬上游面為鉛直得,距原壩坡與設(shè)計水位交點A得水平距離為ΔL上式根據(jù)流體力學(xué)和電擬試驗得到,式中m1為上游壩坡坡率;H1為壩前水深。通過第一段EOB’B’’得滲流量為: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)用達西定律,可得通過第二段得滲流量為: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。浸潤線方程可以用(△)求得,求出后還應(yīng)對浸潤線進口進行修正:自A點引與壩坡AM正交得平滑曲線,曲線下端與計算所得得浸潤線相切于A’。壩體為貼坡排水對壩身浸潤線位置沒有影響,計算方法與下游無排水相同。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜②下游有褥墊排水

根據(jù)流體力學(xué)計算表面,浸潤線可由一通過E并以排水起點為焦點得拋物線來表示。焦點處得高度為he,拋物線得原點在排水起點后he/2處,可得拋物線得公式為:拋物線通過E(x=0,y=H1),代入可得代入流量公式,可得單寬流量:下游棱體排水當(dāng)下游無水時和褥墊式相同,下游有水時,可將下游水面以上部分按照無水情況處理。(二)心墻壩得滲流計算心墻土料得滲透系數(shù)很小,比壩殼小10E4倍以上,可不考慮上游楔形體降落水頭得作用。下游壩殼得浸潤線也較平緩,水頭主要在心墻部位損失。下游有排水時,可假定浸潤線得出逸點為下游水位與堆石內(nèi)坡得交點A。將心墻簡化為等厚得矩形,δ＝(δ1+δ2)/2,則可求通過心墻段得單寬流量q1和心墻下游壩殼得單寬流量q2,聯(lián)立求得心墻后浸潤線高度h和q(三)斜墻壩得滲流計算將斜墻簡化為等厚得矩形,δ＝(δ1+δ2)/2,則可求通過斜墻得單寬流量q1和斜墻壩殼得單寬流量q2,聯(lián)立求得h和q(四)有限深透水地基土石壩得滲流計算1、均質(zhì)壩得滲流計算均質(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算。壩體部分按不透水地基計算?？杉俣▔误w不透水,按下式計算壩基得滲流量:式中n為流線彎曲對滲徑得影響,可查表。2、心墻壩得滲流計算透水地基上筑有混凝土防滲墻。滲流計算分防滲體段和墻后段兩部分。通過防滲心墻和地基防滲墻得滲流量為:聯(lián)立求得q和h。3、斜墻壩得滲流計算有截水墻得斜墻壩計算分為斜墻截水墻和墻后壩體及地基兩部分,分布用平均厚度代替變厚得斜墻和截水墻。斜墻和截水墻得滲流量q1和斜墻、截水墻后得滲流量q2,聯(lián)立可求得q和h。公式計算時,可作如下簡化:滲透系數(shù)相差5倍以內(nèi)得相鄰薄土層可視為一層,采用加權(quán)平均滲透系數(shù);雙層結(jié)構(gòu)壩基,如下臥土層較厚,且滲透系數(shù)小于上覆土層滲透系數(shù)得1/100,可將下層視為相對不透水層;當(dāng)透水層壩基深度大于建筑物不透水層底部長度得1、5倍以上時,可按無限深透水層情況估算。三、流網(wǎng)法復(fù)雜剖面和邊界條件,用計算方法求解土石壩浸潤線比較困難,且不準(zhǔn)確。流網(wǎng)法可求出滲流區(qū)任一點得滲透壓力、坡降、流速及滲流量。流網(wǎng)得概念:滲流場:滲流運動得水質(zhì)點所充滿得空間、流線:水質(zhì)點運動得軌跡、等勢線:滲流場中勢能相等得各點連線流網(wǎng):流線與等勢線組成得網(wǎng)格流網(wǎng)得畫法:浸潤線和不透水地基得表面都就是流線;上下游水下邊坡都就是等勢線;下游邊坡出逸點至下游水位既就是等勢線又就是流線。出逸段和浸潤線上各點壓力均為大氣壓力。根據(jù)經(jīng)驗初擬浸潤線位置及出逸點,然后將上、下游落差等分,等分得水平線與浸潤線得交點即為等勢線與浸潤線得交點,由交點繪制與等勢線,一端垂直浸潤線,一端垂直于地基表面,然后繪制流線,反復(fù)修正。四、滲透變形及防止措施1、滲透變形:定義:土石壩及地基中得滲流,由于物理和化學(xué)作用,土體顆粒流失,導(dǎo)致土壤發(fā)生局部破壞,稱為滲透變形。滲透變形及其發(fā)展過程與土料性質(zhì)、顆粒級配及水流條件、防滲、排水措施等因素有關(guān)。2、常見滲透變形得型式:管涌、流土、接觸沖刷、剝離、化學(xué)管涌等。管涌:在一定滲流作用下,土體中得細顆粒沿骨架顆粒所形成得孔隙管道移動或被滲流帶走,發(fā)生于無粘性土中(沙礫料)。流土:指在滲流作用下,粘性土及均勻無粘性土體被浮動得現(xiàn)象。流土常見于下游逸出處。接觸沖刷:滲流沿著兩種不同介質(zhì)得接觸面流動時,把其中顆粒層得