有限深透水地基上土石坝的渗流计算
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土石坝渗流计算
土石坝的渗流计算是指根据土石坝的各种参数来计算渗透水量的过程。
渗流计算的目的是通过对土石坝渗流过程的分析,来评估坝体渗流对工程安全的影响,以及指导坝体防渗措施的设计和施工。
土石坝的渗流计算主要包括以下几个方面的内容:
1. 渗透系数计算:渗透系数是描述土石坝岩土渗透性的指标,表示单位渗流量通过单位截面积的能力。
常用的计算方法有直接法、积分法和透水曲线法等。
2. 平均渗流速度计算:平均渗流速度是指坝体截面上单位时间流过的渗透水量与截面积之比,可以通过渗透系数和水头差来进行计算。
3. 渗流线计算:渗流线是指渗流过程中水的流动路径,通过渗流线的计算可以得到渗流场的空间分布情况,用于评估坝体内的渗流情况。
4. 渗流量计算:渗流量是指单位时间内通过某一截面的渗透水量,可以通过渗透系数、水头差和截面积的乘积来计算。
在进行土石坝渗流计算时,需要根据具体的工程条件和坝体参数,选择合适的计算方法和公式,进行合理的近似和假设,以得到较为准确的计算结果。
同时,还需要对渗流计算结果进行
分析和评估,判断渗流对工程安全的影响,并提出相应的措施来进行防渗处理。
4114:24.02.764.2上游坝面边坡系数m 11.计算依据:4.1 均质土坝坝高H(m)4.已知参数:教材 河海版水工建筑物p122-131 水力学 吴持恭主编 下册 p233 水平不透水层上均质土坝的渗坝高H(m)坝顶最小宽度B min (m)注:上下游如为变坡时,则分别取各自下游坝面边坡系数m 21:2.25~1:2.751:2.5~1:3.01:3.0~1:3.51:1.5~1:2.0~20~30>301:2~1:2.5表1.土坝坝坡边坡系数参考值坝高(m)上 游 坝 坡下 游<1010~201:2.25~1:2.5~表2.坝顶最小宽度值4.3坝顶宽度B (m) (不透水地基上的均质坝)表3.土的渗透系数参考值5.0~20.0<0.00.0000060.0001~0.0003~0.00060.001~0.006中 砂渗透系数km/d cm <0.0050.005~0.10.1~0.50.25~0.50.5~1.01.0~5.0轻亚粘土黄 土粉 砂细 砂 注:本表资料引自中国建筑工业出版社1975年出版的《工程地4.5下游水位H 2(m)4.4上游水位H 1(m)<306土 名4.6渗透系数k(cm/s)粘土亚粘土均质中砂0.04~0.02~0.07~粗 砂均质粗砂35~5020~5060~7530~100>1004.1>=3.05.计算过程:5.1坝体的分段采用两段法是采用三段法的简化,把上游锲形体ABE用一个矩形体AEB'A'去取代,(1)等效的矩形体的宽度△L为:(2)第二、三两段的底宽和(线段DE长度)L为:2…………下游坝面边坡系(5-2)5.2上游段的计算渗流从过水断面A'B'至CG的水头差ΔH=H 1-h K ,两过水断面之间平均渗透路程Δs=L+ΔL-m 2h k ,m 2为坝下故上游段的平均水力坡度k …………逸出点高度根据杜比公式,上游段的平均渗流流速很显然要用上式计算渗流量还不可能,因其中逸出水h k 是位知数,所以还必须要对下游段建立计算公式 行联解。
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。
三、渗流计算内容(一)不透水地基均质坝渗流分析(1)下游有水而无排水或设贴坡排水情况(2)下游设有褥垫排水的情况或下游设有棱体排水且下游无水的情况(2)下游有堆石棱体排水且下游有水的情况(二)不透水地基心墙坝渗流分析计算时忽略上游坝壳段的水头损失,并将心墙简化为等厚的矩形断面,下游坝壳段与均质坝同样处理。
心墙简化为矩形,心墙段的单宽渗流量为:(1)假定下游坝壳逸出点位于下游水位与堆石内坡的交点A ,则坝壳内单宽流量表达式为:(2)由q= q1=q2,联立方程(1)和(2),可求出q 和h 。
下游坝壳的浸润线方程为:(三)有限深度透水地基土石坝渗流分析计算有限深透水地基上土石坝的渗流时,为简化计算,坝体内渗流仍可用上述不透水地基上土石坝的渗流计算方法确定渗流量及浸润线,坝基渗流则按有压渗流计算。
坝体渗流量与坝基渗流量之和即为总渗流量。
1、均质坝假设坝体的单宽流量为q1,坝基的渗透系数为kT ,透水地基深度为T ,单宽流量为q ′,上下游水头分别为H1和t 。
由达西定理可得地基内单宽流量q ′:将上式从上游面(x=0,y=H1)到下游面(x=L ,y=t )积分得:)2/()(2211δh H k q c -=Lt h k q 2/222)(-=)2/(22q y h k x )(-=LL可表示为L= L0+0.88T,式中0.88T为考虑进出口流线弯曲的影响的修正系数。
则通过坝体与坝基的总单宽流量为:2、心墙坝①地基上有混凝土防渗墙的心墙坝设心墙、砼防渗墙、下游坝壳、透水地基的渗透系数分别为kc、kD、k、kT 。
通过防渗心墙和地基砼防渗墙的渗流量为:(1)通过防渗心墙后的坝壳和地基防渗墙后的地基的渗流量为:(2)由q=q1=q2,联立求解式(1)和(2)即可得q和h 。
②地基上有截水槽的心墙坝,截水墙与心墙材料相同。
通过防渗心墙和地基截水墙的渗流量为:通过防渗心墙后的坝壳和地基截水墙后的地基的渗流量与地基中有混凝土防渗墙的心墙坝相同。
有限深透水地基上土石坝的渗流计算
1.均质土坝
对坝体透水性和地基透水性相似的,可先假定地基不透水,按上述方法确定坝体的渗流量1q 和浸润线;然后再假定坝体不透水,计算坝基的渗流量2q ;最后将1q 和2q 相加,即可近似地得到坝体和坝基的渗流量。
坝体浸润线可不考虑坝基渗透的影响,仍用地基不透水情况下算出的结果。
对于有褥垫排水的情况,因地基渗水而使浸润线稍有下降,可近似地假定浸润线与排水起点相交。
由于渗流渗入地基时要转一个90 的弯,流线长度比坝底长度L 要增大些。
根据实验和流体力学分析,增大的长度约为0.44T 。
2.心墙土石坝
有限深透水地基上的心墙坝,一般都做有截水墙以拦截透水地基渗流。
心墙土料的渗透系数e K 常比坝壳土料的小得多,故可近似地认为上游坝壳中无水头损失,心墙前的水位仍为水库的水位。
计算时一般分为心墙与截水墙段、下游坝壳与坝基段并分别计算渗流量。
由于心墙后浸润线的位置较低,可近似地取浸润线末端与堆石棱体的上游端相交。
利用渗流的连续性,联立求得q 和h 。
当下游有水时,可近似的假定浸润线逸出点在下游水面与堆石棱体内坡的交点处,用上述同样的方法进行计算。
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