土石坝渗流与稳定

赤峰市红山区城郊乡防洪工程5.6稳定计算5.6.1渗流及渗透稳定计算1）渗流分析的目的（1）确定堤身浸润线及下游逸出点位置，以便核算堤坡稳定。

（2）估算堤身、堤基的渗透量。

（3）求出局部渗流坡降，验算发生渗透变形的可能。

概括以上分析，对初步拟定的土堤剖面进行修改，最后确定土堤剖面及主渗，排水设备的型式及尺寸。

2）渗流分析计算的原则（1）土堤渗流分析计算断面应具有代表性。

（2）土堤渗流计算应严格按照《堤防工程设计规范》（GB50286-981）第8.1.2条及本规范附录E的有关规定执行。

3）渗流分析计算的内容（1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点位置，逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降。

（2）当堤身、堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗流量。

（3）设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位。

4）堤防渗流分析计算的水位组合（1）临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。

（2）临水侧为设计洪水位，背水侧无水。

（3）洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况。

5）渗透计算方法堤防渗流分析计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E3的透水堤基均质土堤渗流计算即——渗流问题的水力学解法。

6）土堤渗流分析计算计算锡泊河左岸（0-468）横断面，堤高 5.05米（P=2%），半支箭左岸（0+302.25）横断面，堤高6.46米（P=2%），该两段堤防均属于 2级堤防，堤防渗流计算断面采用1个断面计算即可。

采用《堤防工程设计规范》中透水堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式：TH L TH H D 88.0m k q q 11210++-+=）（ （E.3.1）H m m b 121+-+=）（H H L （E2.1-3） 11112m m H L +=∆ （E2.1-4） 当K ≤k 0时h 0=a+H 2=q÷⎭⎬⎫⎩⎨⎧+++⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++∙T H a m T K H a m H m m K 44.0)(5.0)5.0()5.0(122022222+H 2 ……………（E.3.2-2） 对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定X=k·T '0q h y -+k '222q h y - ……………（E.3.2-6）式中：q'= ）（0211120211m 2m 2k h m H L h H -++-+0211010m k h m H L h H T -+-（E.3.2-7）k ——堤身渗透系数； k 0——堤基渗透系数； H 1——水位到坝脚的距离（m ）； H 2——下游水位（m ）； H ——堤防高度（m ）；q ——单位宽度渗流量（m 3/s·m）； m 1——上游坡坡率，m 1=3.0；m2——下游坡坡率，m2=3.0；b——坝体顶部宽度6.0m；h0——下游出逸点高度（m）；锡伯河采用数据列表如下：正常工况锡伯河渗流计算结果表部分为相对不透水层，基础和堤身渗透系数相差100倍以上，下游无水，经计算堤身和堤脚无无出逸点，渗流稳定。

某水库大坝渗流计算及稳定分析摘要：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。

坝体填土（QS）坝体为粘土心墙砂壳坝，坝轴线处2.4m以上主要为全风化的花岗岩碎屑，2.4~12.3m主要为低液限粘土，含有全风化花岗岩碎屑，局部含量较高，但颗粒较细，12.3m以下为低液限粘土，灰褐色，棕黄色，见有铁锈，粘粒含量较高。

土石坝渗透及稳定性分析探讨摘要:渗流问题是土石坝安全的关键,渗流控制是土石坝建设的重中之重。

在渗流控制措施上,随着渗流控制理论的发展,由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合。

本文从土石坝渗漏问题、防渗措施、有限元渗流场计算的基本数学模型三个方面进行介绍。

关键词:土石坝渗透稳定性随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施,众多高土石坝的建设被提上了日程,特别在深厚覆盖层河谷,地质条件差,地震烈度高,多数坝高较大(尤其200m以上)的大坝选择或拟选择建土石坝。

渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,直接关系到工程的安全和投资。

土石坝施工简便,地质条件要求低,造价便宜,并可就地取材且料源丰富,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。

土石坝坝体用散粒材料填筑,挡水后上下游的水头差引起了水流渗过坝体、坝基及两岸坡向下游排出。

由于勘测设计缺陷、施工不良、管理运行不当以及渗流、地震等,都会使土石坝体及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。

在土石坝中,坝体和坝基的渗漏较为频繁,许多中、小型病库,就是因为坝身、坝基等产生渗漏造成险情。

一、土石坝渗漏问题(一)坝基渗漏。

坝基渗漏主要有以下两种渗漏方式:一是铺盖裂缝产生的渗漏。

铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严,达不到所要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层,水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土,破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。

二是心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏。

截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。

在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效,导致接触冲刷,坝体和基础土料被带走,就会造成坝体严重破坏。

(二)坝身渗漏。

土石坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道,导致管涌的发生,甚至引起坝体的失事破坏。

具体地讲有以下几种情况:一是心、斜墙裂缝漏水。

土石坝防渗处理措施1. 引言土石坝是一种常见的水利工程结构，用于堵塞河流、沟渠等水体，形成蓄水或调节水流的功能。

然而，土石坝常常面临着渗漏问题，导致水资源的浪费和土石坝的稳定性降低。

因此，对土石坝进行防渗处理是非常重要的。

本文将介绍土石坝防渗处理的常见措施，包括土壤改良、防渗材料的选用和防渗控制措施等。

2. 土壤改良土壤改良是土石坝防渗处理的重要手段之一。

通过改良土壤的物理性质和化学性质，降低土壤的渗透性和渗漏量。

2.1 土壤加固土壤加固是改良土壤的常用方式之一。

常见的土壤加固方法包括夯实、振动加固和压实等。

这些方法可以增加土壤的密实度和抗渗性能，减少土壤的渗流路径，从而降低渗漏风险。

2.2 土壤改质土壤改质是通过添加特殊材料改变土壤的性质，增加土壤的抗渗能力。

常见的土壤改质材料包括粘土、水泥和石灰等。

添加这些材料可以提高土壤的黏聚性和胶结性，减少渗漏通道的存在。

3. 防渗材料的选用防渗材料的选用是土石坝防渗处理的关键步骤之一。

根据不同的工程需求和条件，选择合适的防渗材料可以有效降低土石坝的渗漏风险。

3.1 高分子材料高分子材料是一种常见的防渗材料，其具有良好的密封性能和抗渗能力。

常见的高分子材料包括土工合成材料（如土工膜）、橡胶和聚合物等。

这些材料可以在土石坝表面构筑防渗层，防止水分通过材料的渗透。

3.2 岩石防渗材料岩石防渗材料主要是指以岩石为基础的防渗材料，如膨润土、黏土和矿渣等。

这些材料具有较高的渗透阻力和抗渗能力，适用于土石坝的防渗处理。

4. 防渗控制措施除了土壤改良和防渗材料的选用外，还需要采取一些防渗控制措施来进一步提高土石坝的防渗能力。

4.1 排水系统排水系统是一项重要的防渗控制措施，用于排除土石坝内部的渗漏水。

常见的排水系统包括水平排水系统和垂直排水系统。

水平排水系统通过水平布置的管道将渗漏水引导到集水井或泄洪道中，而垂直排水系统通过垂直布置的排水墙或排水井来排除渗漏水。

4.2 堤面防渗层堤面防渗层是构筑在土石坝表面的防渗层，用于防止渗漏水的进入。

第三节 土石坝的渗流分析一、渗流分析的目的1) 确定浸润线的位置； 2) 确定坝体和坝基的渗流量； 3) 确定渗流逸出区的渗透坡降。

二、渗流分析方法常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。

三、水力学方法水力学方法基本假定: 均质, 层流, 稳定渐变流。

1）渗流计算的基本公式图4－19表示一不透水地基上的矩形土体，土体渗透系数为k ，应用达西定律和假定，全断面内的平均流速v 等于：dxdykv -= （4-8） 设单宽渗流量为q ，则：dx dykyvy q -== （4-9）将上式分离变量后，从上游面（x=0，y=H 1）至下游面（x=L ，y=H 2）积分，得：L kqH H 22221=- 即： LH H k q 2)(2221-= （4-10）若将式（5-9）积分限改为：x 由0至x ，y 由H 1至y ，则得浸润线方程：xy H k q 2)(221-=即： x kqH y 221-= （4-11） 2）水力学法渗流计算用水力学法进行土坝渗流分析时，关键是掌握两点：一是分段，根据筑坝材料、坝体结构及渗流特征，把复杂的土坝形状通过分段，划分为几段简单的形状。

二是连续，渗流经上游面渗入、下游面渗出，通过坝体各段渗流量相等。

以此建立各段渗流之间的联系。

一、不透水地基上土坝的渗流计算 （一）均质土坝的渗流计算1．下游有水而无排水设备或有贴坡排水的情况如图4－20所示，可将土石坝剖面分为三段，即：上游三角形段AMF 、中间段AFB″B′以及下游三角形B″B′N。

根据流体力学原理和电模拟试验结果，可将上游三角形段AMF 用宽度为△L 的矩形来代替，这一矩形EAFO 和三角形AMF 渗过同样的流量q ，消耗同样的水头。

△L 值可用下式计算： 11121H m m L +=∆ （4-12）式中：m 1为上游边坡系数，如为变坡可采用平均值。

于是可将上游三角形和中间段合成一段EO B″B′,根据式(4-10），可求出通过坝身段的渗流量为：L H a H k q '+-=2])([220211 （4-13）式中：a 0 为浸润线逸出点距离下游水面的高度；H 2 为下游水深；L '为EO B″B′的底宽，见图5-20。

第三节土石坝的渗流分析土石坝是一种常见的水工结构，用于拦截水流，形成水库储存水资源。

而土石坝在水库的稳定性和安全性方面的最关键问题之一就是渗流问题。

土石坝的渗流分析是为了确定渗流路径和渗流量，从而评估土石坝的稳定性。

土石坝渗流分析的基本理论是达西定律和渗流理论。

根据这两个理论，土石坝的渗流规律可以用渗流方程描述：Q=K×A×i其中，Q是坝体中的渗流量，K是渗透系数，A是渗透面积，i是渗透坡度。

渗透系数是描述土体渗透性质的重要参数，可以通过实验或采样测试得到。

渗透面积是指单位时间内的水流面积，可以通过计算得到。

渗透坡度是指单位长度内的水头差，可以通过坝体的水头测量得到。

土石坝的渗流分析可分为两种情况：一种是均匀渗流情况，另一种是非均匀渗流情况。

对于均匀渗流情况，可以通过渗透方程计算渗流量。

首先需要确定渗透系数，可以采用实验数据或经验公式计算。

然后确定渗透面积和渗透坡度，可以通过坝体的几何和水头测量来计算。

最后代入渗透方程计算出渗流量。

对于非均匀渗流情况，渗流路径复杂，需要进行更详细的分析。

可以采用有限元或有限差分等数值方法进行渗流分析。

首先需要建立坝体的几何模型，包括土石的分层结构、渗透性质等。

然后根据渗透方程和边界条件进行数值计算，得到各点的水头和渗流量分布。

通过分析水头和渗流量的分布，可以评估渗流路径和渗流量，为土石坝的稳定性和安全性评估提供依据。

总之，土石坝的渗流分析是土石坝设计和安全评估的重要内容。

通过理论分析和数值计算，可以得到土石坝的渗流路径和渗流量，评估土石坝的稳定性和安全性，为工程设计和运行提供科学依据。

同时，渗流分析还可以指导渗流控制和排水措施的设计，提高土石坝的渗流性能。

渗流计算及渗流稳定分析
一、计算情况
根据《碾压式土石坝设计规范》有关规定，计算组合情况如下：
1、上游正常水位177.84米,下游无水;
2、上游设计洪水位180.57米,下游无水;
3、上游1/3坝高水位174米,下游无水
二、计算参数
坝体渗透系数Ko=3.3×10-6m/s,坝基Kt=3.0×10-6m/s
采用解析法计算成果见下图:
图1 桐峪沟水库大坝渗流安全计算图
三、防渗工程措施
计算结果如上图，由于计算出逸坡降大于允许坡降J=0.4，采取
工程措施,下游坝脚采取贴坡排水, 排水体顶按规范要求高于最高出逸点0.5米，即173.2米高程。

坝坡稳定计算及稳定分析
一、计算工况
根据有关规范，土石坝施工、建设、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷载下，应分别计算其稳定性。

控制稳定的有施工期（包括竣工期）、稳定渗流期、水库水位降落期和正常运用遇地震四种情况。

二、计算参数
见下表
三、计算成果及分析
计算成果见下图,所示，经计算，各种工况下均满足设计要求。

图表 2 桐峪沟水库大坝上游坝坡抗滑稳定计算图
图表 3 桐峪沟水库大坝上游坝坡抗滑稳定计算图。