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第四节土石坝的渗流分析
一、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游水位差的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动。
图6-13 渗流示意图
二、渗流分析的目的：
（1）确定坝体内浸润线的位置；
（2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失；
（3）确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性；
（4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
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、渗流基本方程
土坝渗流为层流，因此满足达西定律(Darcy’s Law), 渗流区内任一点势函数应满足拉普拉斯方程：
k x, k y——分别为x, y方向的渗透系数
对于简单的边界条件，上述方程能解，复杂边界条件，需借助数值方法。
四、渗流的水力学问题
假设: 均质, 层流, 稳定渐变流.
应用达西定律，并假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等，对不透水地基上的矩形土体，流过断面上的平均流速为：
单宽流量：
图6-14 不透水地基上矩形土体的渗流计算图
自上游向下游积分：
自上游向区域中某点（x,y）积分，得浸润线方程：
图6-15 土坝浸润线示意图五、流网法
图6-16 流网的绘制。
第四章土石坝工程教学目的和要求：本章目的主要是讲解土石坝工程施工的特点，机械化作业的适用性。
要求学生掌握土石坝施工常用技术，了解常用机械以及适用性；运用、分析土石料的特性，选择施工方法和施工机械。
重点与难点：1.料场的规划2.土石坝压实参数的确定和机械的选择3.面板混凝土坝的施工工艺和方法教具与参考：1.水利施工图片2.[1]司兆乐水利水电枢纽施工技术.北京：中国水利水电出版社，2002[2]魏璇. 水利水电工程施工组织设计指南.北京：中国水利水电出版社，1999主要教学方法：1.讨论法 2.讲授法 3.演示法水利水电工程中，土方工程应用非常广泛。
有些水工建筑物，如土坝、土堤、土渠等，几乎全部都是土方工程。
它的基本施工过程是开挖、运输和压实。
可根据实际情况采用人工、机械、爆破或水力冲填等方法施工。
准备作业包括：三通一平、临时实施的建设基本作业包括：料场土石料开采，坝面铺平、压实、质检等土的施工分级的方法很多，在水利工程施工中，根据施工的困难程度，将土壤分为Ⅳ级，见表4-1。
表4-1 土壤的工程分级表二、土壤的工程特性1、表观密度土壤表观密度，就是单位体积土壤的重量。
土壤保持其天然组织、结构和含水量时的表观密度称为自然表观密度。
单位体积湿土的重量称为湿表观密度。
单位体积干土的重量称为干表观密度。
它是体现粘性土密实程度的指标，常用它来控制压实的质量。
2、含水量表示土壤空隙中含水的程度，常用土壤中水的重量与干土重量的百分比表示。
含水量的大小直接影响粘性土压实质量。
3、可松性是自然状态下的土经开挖后因变松散而使体积增大的特性，这种性质称为土的可松性。
土的可松性用可松性系数表示，即：式中：Ｖ２——土经开挖后的松散体积，m³；Ｖ１——土在自然状态下的体积，m³。
土的可松性系数，用于计算土方量、进行土方填挖平衡计算和确定运输工具数量。
各种土的可松性系数见表4-2。
4、自然倾斜角指自然堆积土壤的表面与水平面间所形成的角度，称为土自然倾斜角。
第4章土石坝工程施工土石坝包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是一种充分利用当地材料的坝型。
分类（根据施工方法的不同）干填碾压、水中填土、水力冲填(包括水坠坝）和定向爆破修筑等。
碾石式土石坝的施工包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业.准备作业：三通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、办公用房、排水清基等。
基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺平、压实、质检.辅助作业：清除施工场地及料场的覆盖，从上坝土料中剔除超径石块、杂物,坝面排水、层间刨毛和加水等。
附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。
第一节坝体材料与料场规划一、土石坝筑坝材料及其要求在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。
料场土料的储量一般要求是设计工程量的1.5～2。
0倍，并要求提供备用料场. 粘性土料采用钻探或坑探取样。
砾类土用坑探取样，布孔间距50～100m。
防渗料的勘探要仔细按深度查明天然含水量. 堆石料的勘探可以采用钻探及洞探。
⒈防渗料防渗的土料最基本的要求：防渗性：渗透系数不大于l×10—5cm/s时，一般即可满足要求。
施工性：土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力。
⒉坝壳料工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。
堆石：按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石等;按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲击的漂卵石、石渣料等。
堆石是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的坝壳料.砂砾石：碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高,但易冲蚀、易管涌。
风化料：属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问题。
⒊反滤料和过渡料反滤料一般要满足坚固度要求,应尽量避免用纯砂做反滤料.二、料场规划的原则料场的合理规划与使用关系到坝体的施工质量、工期和工程投资，而且还会影响道工程的生态环境和国民经济其他部门。
第四章土石坝工程第四章土石坝工程本章重点：①料场规划内容和选用的原则；②土方工程挖运机械的类型及适用条件；③挖运机械配套方案的选择与计算；④坝面作业有的关问题；⑤土石坝施工的质量控制。
其中④、⑤是本章的重点和难点。
第一节土石料场的规划本节重点了解料场规划的内容和选用的基本原则。
料场的规划分为时间上的规划、空间上的规划、质与量的规划等。
一、时间上的规划所谓时间规划,就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。
随着季节及坝前蓄水情况的变化,料场的工作条件也在变化。
在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场,低时用较远的料场,使运输任务比较均衡。
对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不易淹的料场后用；含水量高的料场旱季用,含水量低的料场雨季用。
在料场使用规划中,还一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。
此外,还应对时间和空间否则会产生事与愿违的后果。
二、空间上的规划所谓空间规划,系指对料场位置、高程的恰当选择,合理布置。
土石料的上坝运距尽可能短些,高程上有利于重车下坡,减少运输机械功率的消耗。
近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输；也不应使道路坡度过陡引起运输事故。
坝的上下游、左右岸最好都选有料场,这样有利于上下游左右岸同时供料,减少施工干扰,保证坝体均衡上升。
用料时原则上应低料低用,高料高用,当高料场储量有余裕时,亦可高料低用。
同时料场的位置应有利于布置开采设备、交通及排水通畅。
对石料场尚应考虑与重要建筑物、构筑物、机械设备等保持足够的防爆、防震安全距离。
三、质与量上的规划料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求,也是决定料场取舍的重要因素。
在选择和规划使用料场时,应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。
勘探精度应随设计深度加深而提高。
在施工组织设计中,进行用料规划,不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度的要求。
料尽其用,充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的又一重要原则。
