不透水地基上均质土石坝的渗流计算

土石坝渗流安全评价土石坝渗流安全评价摘要：渗流安全是土石坝安全的保证。

据国内外土石坝失事原因的调查统计，因渗流问题而失事的机率仅次于洪水漫顶，高达30%-40%。

当渗透力大到一定程度时将导致渗透变形而直接威胁大坝的运行安全。

工程的实际渗流状态是否安全?原设计施工的渗流控制措施是否有效和能否按原设计条件安全运行?这是已建坝渗流安全评价必须回答的问题！关键词：土石坝；渗流；安全评价引言流体在孔隙介质中的流动称为渗流，水在地表下发生在土壤或岩石孔隙中的渗流也称为地下水流动。

渗流现象广泛存在水利水电工程，这是必须对渗流规律和特点有所认识和了解的原因。

大坝渗流安全评价，分为定性评价和定量评价两部分。

下面对这两个方面的问题作一介绍。

1渗流分析1.1渗流分析的目的1.1.1渗流分析将为土石坝中各部分土的饱水状态的划分提供依据；1.1.2检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡稳定；1.1.3确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施；1.1.4确定通过坝和河岸的渗水量损失，并计算排水系统的容量。

1.2、渗流分析计算土石坝周边均为不透水岩层，封闭条件良好，因此渗流分析计算模型为不透水地基均质坝。

对均质坝在不透水地基上，有排水设备的情况，不考虑均质坝上游坝壳料部分对渗流的影响。

对棱体排水，浸润线逸出部分如图1所示。

将渗流曲线坐标值列入下表中表1 正常蓄水位渗流曲线坐标值4.将前面几种工况计算所得的渗流曲线绘制在图2中结果分析；由于图中三种工况下的三条渗流曲线没有交点，说明渗流分析结果合理。

2稳定分析2.1.稳定分析的目的对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。

2.2.稳定分析计算其原理假定滑动面为一圆柱面。

将滑动面内的土体看成是刚体，失稳时土体绕圆弧的中心旋转，沿着坝轴线方向取单宽段，按平面问题进行分析。

计算时将滑动面以上的土体分成若干铅直土条，求出土条对圆弧中心的抗滑力矩之和以及滑动力矩之和。

第四章土石坝答案一、填空题1．碾压式土石坝；水力充填坝；定向爆破堆石坝2．均质坝；粘土心墙坝；粘土斜心墙坝；粘土斜墙坝。

3．；坝顶高程；宽度；坝坡；根本剖面4．Y= R+e+A ；R:波浪在坝坡上的最大爬高、e:最大风雍水面高度；A平安加高。

5.马道；坡度变化处6.高出设计洪水位0.3－0.6m且不低于校核洪水位；校核水位。

7.松散体；水平整体滑动。

8.浸润线；渗透动水压力；不利。

9.曲线滑裂面；直线或折线滑裂面10.开挖回填法；灌浆法；挖填灌浆法11.临界坡降；破坏坡降。

12.饱和；浮13.护坡14.粘性土截水墙；板桩；混凝土防渗墙15.渗流问题16.集中渗流；不均匀沉降17.开挖回填法；灌浆法；挖填灌浆法。

18. “上截下排〞；防渗措施；排水和导渗设备二、单项选择题1.土石坝的粘土防渗墙顶部高程应〔B 〕。

A、高于设计洪水位B、高于设计洪水位加一定超高，且不低于校核洪水位C、高于校核洪水位D、高于校核洪水位加一定平安超高2.关于土石坝坝坡，以下说法不正确的有〔A 〕。

A、上游坝坡比下游坝坡陡B、上游坝坡比下游坝坡缓C、粘性土料做成的坝坡，常做成变坡，从上到下逐渐放缓，相邻坡率差为0.25或0.5D、斜墙坝与心墙壁坝相比,其下游坝坡宜偏陡些,而上游坝坡可适当放缓些3.反滤层的构造应是〔 B 〕。

A、层次排列应尽量与渗流的方向水平B、各层次的粒径按渗流方向逐层增加C、各层的粒径按渗流方向逐渐减小，以利保护被保护土壤D、不允许被保护土壤的细小颗粒〔小于0.1mm的砂土〕被带走4.砂砾地基处理主要是解决渗流问题，处理方法是“上防下排〞,属于上防的措施有〔A 〕。

A、铅直方向的粘土截水槽、混凝土防渗墙、板桩B、止水设备C、排水棱体D、坝体防渗墙5．粘性土不会发生〔 A 〕。

A、管涌B、流土C、管涌或流土D、不确定6．以下关于反滤层的说法不正确的选项是〔 B 〕。

A、反滤层是由2～3层不同粒径的无粘性土料组成，它的作用是滤土排水B、反滤层各层材料的粒径沿渗流方向由大到小布置。

堤防渗流计算（有详细的计算过程和程序）根据堤《防工程设计规范GB50286-98 》附录E.2.1 不透水堤基均质土堤下游无排水设备或有贴坡式排水项目计算式数值单位备注上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1下游坡度m2 = 3 = 3 / 1:m2堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s堤身高度H = 27-17 = 10 m上游水深H1 = 24.8-17 = 7.8 m下游水深H2 = 18-17 = 1 mL = (27-24.8)×3+6+10×3 = 42.6 m 上有水面至下游堤脚ΔL = 3×7.8/(2×3+1) = 3.343 m m1H1/(2m1+1)L1 = 42.6+3.343 = 45.943 m L+ΔL试算法计算逸出高度h0，假设h0的试算范围h01～h02，计算的步长以及精度h01 = 1 = 1 mh02 = 10 = 10 m步长 = 0.02 = 0.02 m精度 = 0.01 = 0.01 m试算得到h0 = 2.54 = 2.54 m 手动输入q/k = (7.8^2-2.54^2)/(2×(45.943-3×2.54)) = 0.7096 mq/k = 0.7047 = 0.7047 m平均q/k = (0.7096+0.7047)/2 = 0.7072 m平均渗流量q = 0.7072×0.00001 = 7.07E-06 m3/s/m浸润线方程 y=SQRT(6.4516+1.4144x)下游坝坡最大渗出坡降J = 1/3 = 0.333 / 1/m2附录E.2.2 不透水堤基均质土堤下游设褥垫式排水项目计算式数值单位备注上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1下游坡度m2 = 5 = 5 / 1:m2堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m褥垫长度Lr = 5 = 5 m 到下游堤脚渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s堤身高度H = 27-17 = 10 m上游水深H1 = 24.8-17 = 7.8 m下游水深H2 = 18-17 = 1 mL = (27-24.8)×3+6+10×5-5 = 57.6 m 上游水面至褥垫ΔL = 3×7.8/(2×3+1) = 3.343 m m1H1/(2m1+1)L1 = 57.6+3.343 = 60.943 m L+ΔL逸出高度h0 = SQRT(60.943^2+7.8^2)-60.943 = 0.497 m 排水体工作长度a0 = 0.497/2 = 0.249 m h0/2q/k = 0.497 = 0.497 m h0渗流量q = 0.497×0.00001 = 4.97E-06 m3/s/m浸润线方程 y=SQRT(0.247-0.994x)下游坝坡最大渗出坡降J = 1/5 = 0.2 / 1/m2附录E.2.3 不透水堤基均质土堤下游设棱体排水项目计算式数值单位备注上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1下游坡度m2 = 5 = 5 / 1:m2堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m棱体顶高程 = 19 = 19 m 到下游堤脚棱体临水坡坡率m3 = 2 = 2 / 1:m3渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s堤身高度H = 27-17 = 10 m棱体高度HL = 19-17 = 2 m上游水深H1 = 24.8-17 = 7.8 m下游水深H2 = 18-17 = 1 mL = (27-24.8)×3+6+10×5-2×5-2×2 = 48.6 m 上游水面至棱体ΔL = 3×7.8/(2×3+1) = 3.343 m m1H1/(2m1+1)L1 = 48.6+3.343 = 51.943 m L+ΔL系数c = 1.115 = 1.115 / 与m3有关逸出高度h0 = 1+SQRT((1.115×51.943)^2+(7.8-1)^2)-1.115×51.943 = 1.398 m q/k = (7.8^2+1.398^2)/(2×51.943) = 0.604 m渗流量q = 0.604×0.00001 = 6.04E-06 m3/s/m浸润线方程 y=SQRT(1.9544-1.208x)下游坝坡最大渗出坡降J = 1/5 = 0.2 / 1/m2附录E.3.1 透水堤基无排水附录E.3.1 透水堤基均质土堤下游无排水设备或有贴坡式排水项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1下游坡度m2 = 5 = 5 / 1:m2堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m透水地基底高程▽底 = 7 = 7 m 不透水地基顶高程上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s堤基渗透系数k0 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s2.不透水堤基对应渗流量计算堤身高度H = 27-17 = 10 m上游水深H1 = 24.8-17 = 7.8 m下游水深H2 = 18-17 = 1 mL = (27-24.8)×3+6+10×5 = 62.6 m 上有水面至下游堤脚ΔL = 3×7.8/(2×3+1) = 3.343 m m1H1/(2m1+1)L1 = 62.6+3.343 = 65.943 m L+ΔL试算法计算逸出高度h0，假设h0的试算范围h01～h02，计算的步长以及精度h01 = 1 = 1 mh02 = 10 = 10 m步长 = 0.02 = 0.02 m精度 = 0.01 = 0.01 m试算得到h0 = 2.54 = 2.8 m 程序计算q/k = (7.8^2-2.8^2)/(2×(65.943-5×2.8)) = 0.5102 mq/k = 0.5011 = 0.5011 m平均q/k = (0.5102+0.5011)/2 = 0.5057 m平均渗流量qD = 0.5057×0.00001 = 5.06E-06 m3/s/m浸润线方程 y=SQRT(7.84+1.0114x)下游坝坡最大渗出坡降J = 1/5 = 0.2 / 1/m23.堤基渗流量计算透水地基厚度T = 17-7 = 10 m堤基渗流量q基 = 0.00005×(7.8-1)×10/(62.6+5×7.8+0.88×10) = 3.08E-05 m3/s/m4.总渗流量 = 0.00000506+0.0000308 = 3.59E-05 m3/s/m5.浸润线计算h01 = 1 = 1 mh02 = 10 = 10 m步长 = 0.001 = 0.001 m精度 = 0.001 = 0.001 m试算得到h0 = 2.0361 = 1.894 m 程序计算q“ = 3.55212E-05 = 3.55E-05 m3/s/m浸润线方程 x=14.0766(y-1.894)+0.1408(y^2-3.5872)附录E.3.2 透水堤基均质土堤下游设褥垫式排水项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1下游坡度m2 = 5 = 5 / 1:m2堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m透水地基底高程▽底 = 7 = 7 m 不透水地基顶高程上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m褥垫长度Lr = 5 = 5 m 到下游堤脚渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s堤基渗透系数k0 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s2.不透水堤基对应渗流量计算堤身高度H = 27-17 = 10 m上游水深H1 = 24.8-17 = 7.8 m下游水深H2 = 18-17 = 1 mL = (27-24.8)×3+6+10×5-5 = 57.6 m 上游水面至褥垫ΔL = 3×7.8/(2×3+1) = 3.343 m m1H1/(2m1+1)L1 = 57.6+3.343 = 60.943 m L+ΔL逸出高度h0 = SQRT(60.943^2+7.8^2)-60.943 = 0.497 m排水体工作长度a0 = 0.497/2 = 0.249 m h0/2q/k = 0.497 = 0.497 m h0渗流量qD = 0.497×0.00001 = 4.97E-06 m3/s/m浸润线方程 y=SQRT(0.247-0.994x)下游坝坡最大渗出坡降J = 1/5 = 0.2 / 1/m22.堤基渗流量计算透水地基厚度T = 17-7 = 10 m堤基渗流量q基 = 0.00005×(7.8-1)×10/(57.6+5×7.8+0.88×10) = 3.23E-05 m3/s/m3.总渗流量 = 0.00000497+0.00003226 = 3.72E-05 m3/s/m4.浸润线计算逸出高度h0 = 0.00003723/(0.00001+0.00005/0.44) = 0.301 mq“ = 4.4223E-05 = 4.42E-05 m3/s/m浸润线方程 x=11.3071(y-0.301)+0.1131(y^2-0.0906)附录E.4 不稳定渗流计算附录E.4 不稳定渗流计算项目计算式数值单位备注上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1下游坡度m2 = 5 = 5 / 1:m2堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m土的孔隙率n = 88.00% = 88.00% / 到下游堤脚土的饱和度SW％ = 50.00% = 50.00% / 到下游堤脚渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s洪水持续时间t = 11 = 11 天 950400妙土的有效孔隙率n0 = 0.88×(1-0.5) = 44.00% / 到下游堤脚上游水位处堤宽b“ = 6+(27-24.8)×(3+5) = 23.6 m上游水深H = 24.8-17 = 7.8 m渗流在背坡出现所需时间T = 0.44×7.8×(3+5+23.6/7.8)/(4×0.00001) = 946000 s 10.949天洪水持续时间t = 11天 > 10.949天不需计算浸润线锋面距迎水坡脚距离L浸润线锋面距迎水坡脚距离L = 2×SQRT(0.00001×7.8×946000/0.44) = 25.9 m m1H1/(2m1+1)附录E.5 背水坡渗流出口比降计算项目计算式数值单位备注1.计算参数下游坡度m2 = 5 = 5 / 1:m2堤底高程▽底 = 17 = 17 m下游水位▽2 = 18 = 18 m逸出高度h0 = 2.54 = 2.54 m下游水深H2 = 18-17 = 1 m2.不透水地基逸出坡降计算2.1 下游无水时渗出点A坡降Jo = 1/SQRT(1+5^2) = 0.196 /堤坡与不透水面交点B坡降Jo = 1/5 = 0.2 / 1/m22.2 下游有水时渗出段AB内的点计算点高程 = 19 = 19 m AB段(18~19.54)内y = 19-17 = 2 / AB段(2.54~1)内渗出点A坡降Jo = 1/SQRT(1+5^2) = 0.196 /n = 0.25×1/2.54 = 0.098 /计算点坡降J = 0.196×((2.54-1)/(2-1))^0.098 = 0.204 / 在下游坡面渗出浸没段BC内的点适用于y/H2<0.95y = 17.7-17 = 0.7 / BC段(0~0.95)内背坡与水平面夹角απ = atan(1/5) = 0.197 rad 11.287度α = 0.197/π = 0.063 /a0 = 1/(2×(0.063×(5+0.5)×SQRT(1+5^2))) = 0.283 /b0 = 5/(2×(5+0.5)^2) = 0.083 /1/2α-1 1/(2×0.063)-1 = 6.937 /计算点坡降J = 0.283×(0.7/1)^6.937/(1+0.083×1/(2.54-1)) = 0.023 / 3.透水地基逸出坡降计算3.1 下游无水时渗出段AB内的点计算点高程 = 19 = 19 m AB段(17~19.54)内y = 19-17 = 2 / AB段(0~2.54)内计算点坡降J = 1/SQRT(1+5^2)×(2.54/2)^0.25 = 0.208 /地基段BC内的点计算点与堤脚距离x = 3 = 3 m计算点坡降J = 1/(2×SQRT(5))×SQRT(2.54/3) = 0.206 /3.2 下游有水时渗出段AB内的点计算点高程 = 19 = 19 m AB段(18~19.54)内y = 19-17 = 2 / AB段(1~2.54)内计算点坡降J = 1/SQRT(1+5^2)×(2.54/2)^0.25 = 0.208 /浸没坡段BC内的点y = 17.7-17 = 0.7 / BC段(0~2.54)内背坡与水平面夹角απ = atan(1/5) = 0.197 rad 11.287度α = 0.197/π = 0.063 /α1 = 1/(1+0.063) = 0.941 / 1/(1+α)l1 = 2.54×5 = 12.7 / h0×m2l2 = 1×5 = 5 / H2×m2r = 0.7×5 = 3.5 / y×m2计算点坡降J = 0.234 = 0.234 / 在下游坡面渗出浸没地基面段CD内的点计算点距堤脚距离x = 2 = 2 m计算点坡降J = 0.108 = 0.108 / 在下游坡面渗出附录E.6 水位降落时均质土堤的浸润线项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / 1:m1堤底高程▽底 = 17 = 17 m堤身土料渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s ＝ 0.001cm/s ＝ 0.864m/d 土体的孔隙率n = 39.70% = 39.70% /降前水位▽1 = 27 = 27 m 0.0003125m/s降后水位▽0 = 20 = 20 m 0.00023148m/s水位降落所需时间T = 22 = 22 h = 79200 秒 = 0.9167 天计算上游浸润线时间t = 15 = 15 h = 54000 秒 = 0.625 天2.h0(t)计算降前水深H1 = 27-17 = 10 m ▽1-▽底降后水深H0 = 20-17 = 3 m ▽0-▽底降距H = 10-3 = 7 m H1-H0水位降落的速度V = 7/(22/24) = 7.636 m/d = 0.00009m/s= 0.00212m/h百分数α = 113.7×(0.0001175)^(0.607^(6+log(0.001)))/100 = 15.03% / 公式一给水度μ = 0.1503×0.397 = 0.0597 /k/(μV) = 0.864/(0.0597×7.636) = 1.895 / 1/10<k/(μV)<60，需要计算浸润线0.31H(1/T)(k/(μV))1/4 = 0.31×7×1/79200×(1.895)^(1/4) = 0.0000321 /h0(t) = 7-0.0000321th0(t) = 7-0.0000321×54000 = 5.2666 m t = 15h = 54000s3.试算法计算t时刻渗流量q(t)和上游坡出渗点高度he(t)he(t)1 = 3+0.01 = 3.01 m H0+Stephe(t)2 = 3+5.2666 = 8.267 m H0+h0(t)步长Step = 0.01 = 0.01 m精度 = 0.001 = 0.001 mL = 10×3 = 30 m H1×m1试算得到he(t) = 5.34 = 5.34 m 程序计算q/k1 = ((3+5.2666)^2-5.34^2)/(2×(30-3×5.34)) = 1.424 mq/k2 = (5.34-3)/3×(1+ln(5.34/(5.34-3))) = 1.424 m平均q/k = (1.424+1.424)/2 = 1.424 m平均渗流量q = 1.424×0.00001 = 1.42E-05 m3/s/m4.计算t时刻上游段浸润线[H0+h0(t)]2 = (3+5.2666)^2 = 68.3367 m22q/k = 2×1.424 = 2.848 m浸润线方程 y=SQRT(68.3367-2.848x)附录E.7.1 背水侧无限长双层堤基渗流计算和覆盖的计算附录E.7 双层堤基渗流计算和覆盖的计算附录E.7.1 背水侧无限长双层堤基渗流计算和覆盖的计算项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / ( 1:m1 )下游坡度m2 = 5 = 5 / ( 1:m2 )堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m弱透水地基底高程▽弱 = 7 = 10 m强透水地基底高程▽强 = 7 = 5 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m迎水侧有限长度L = 100 = 100 m堤身土料渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s ( ＝ 0.001cm/s ＝ 0.864m/d ) 弱透水堤基渗透系数k1 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 强透水堤基渗透系数k0 = 7.00E-03 = 7.00E-03 m/s ( ＝ 0.7cm/s ＝ 604.8m/d )2.越流系数A计算k0/k1 = 0.007/0.00005 = 140 / ( 属于双层堤基 )堤身高度Hd = 27-17 = 10 m ( ▽顶-▽底 )上游水深H = 24.8-17 = 7.8 m ( ▽1-▽底 )弱透水层厚度T1 = 17-10 = 7 m ( ▽底-▽弱 )强透水层厚度T0 = 10-5 = 5 m ( ▽弱-▽强 )堤底宽度b = 6+10×(3+5) = 86 m ( B+Hd×(m1+m2) )越流系数A = SQRT(0.00005/(0.007×7×5)) = 0.014 m-13.弱透水层CD段承压水头计算(x以下游堤脚为原点，向下游为正)计算点坐标x = 10 = 10 m ( x>0 )h = 7.8×e^(-0.014×10)/(1+0.014×86-th(0.014×100)) = 5.142 m4.弱透水层CD段承压水头计算(x’以下游堤脚为原点，向上游为正)计算点坐标x’ = 10 = 10 m ( x’>0 )h = 7.8×(1+0.014×10)/(1+0.014×86-th(0.014×100)) = 6.743 m计算简图参看规范图E.7.1附录E.7.2 透水地基上弱透水层等厚有限长附录E.7 双层堤基渗流计算和覆盖的计算附录E.7.2 透水地基上弱透水层等厚有限长，强透水层无限长双层堤基渗流计算项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / ( 1:m1 )下游坡度m2 = 3 = 3 / ( 1:m2 )堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m弱透水地基底高程▽弱 = 7 = 10 m强透水地基底高程▽强 = 7 = 5 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m迎水侧有限长度L1 = 30 = 30 m ( 弱透水地基 )背水侧有限长度L2 = 100 = 100 m ( 弱透水地基 )堤身土料渗透系数k = 1.00E-05 = 1.00E-05 m/s ( ＝ 0.001cm/s ＝ 0.864m/d ) 弱透水堤基渗透系数k1 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 强透水堤基渗透系数k0 = 7.00E-03 = 7.00E-03 m/s ( ＝ 0.7cm/s ＝ 604.8m/d ) 2.越流系数A计算k0/k1 = 0.007/0.00005 = 140 / ( >100，属于双层堤基 )弱透水层厚度T1 = 17-10 = 7 m ( ▽底-▽弱 )强透水层厚度T0 = 10-5 = 5 m ( ▽弱-▽强 )堤身高度Hd = 27-17 = 10 m ( ▽顶-▽底 )上游水面距不透水地基H = 24.8-5 = 19.8 m ( ▽1-▽强 )堤底距不透水地基H1 = 17-5 = 12 m ( ＝▽底-▽强＝ T1+T0 )弱透水层底距不透水地基H0 = 10-5 = 5 m ( ▽弱-▽强 )堤底宽度b = 6+10×(3+3) = 66 m ( B+Hd×(m1+m2) )越流系数A = SQRT(0.00005/(0.007×7×5)) = 0.014 m-1A(0.441T0) = 0.014×0.441×5 = 0.031 / ( <1，公式适用 )d’ 1/0.014×arth(0.031) = 2.215 m ( = 1/Aarth(A(0.441T0)) )3.试算法计算ζ以确定出逸段与非出逸段的分界点，假设ζ的试算范围ζ1～ζ2，计算的步长以及精度ζ 1 = 0.0001 = 0 m ( = precision )ζ 2 = 100 = 100 m ( = L2 )步长STEP = 0.01 = 0.01 m精度precision = 0.0001 = 0.0001 m试算得到ζ = 64.46 = 64.46 m ( 程序计算 )方程左边 = 0.105 = 0.105 m ( 程序计算 )方程右边 = 0.105 = 0.105 m ( 程序计算 )4.出逸段AB透水层水位计算(x以下游堤脚为原点，向下游为正)计算点坐标x = 10 = 10 m ( 0 < x < 35.54 = L2-ζ )h = 1.482 = 1.482 m5.非出逸段BC透水层水位计算(x’以弱透水层最下游点为原点，向上游为正)计算点坐标x’ = 10 = 10 m ( 0 < x’ < 64.46 = ζ )x’/T0 = 10/5 = 2 mΔ0 = (12-5)×0.441×5/(64.46+0.441×5) = 0.232 mΔx’/Δ0 = 0 = 0 mΔx’ = 0.232×0 = 0 mh = 5+(12-5)×(10+0.441×5)/(64.46+0.441×5)-0 = 6.282 m5.非出逸段BC透水层水位计算(x’以弱透水层最下游点为原点，向上游为正)计算点坐标x’ = 2.1 = 2.1 m ( 0 < x’ < 64.46 = ζ )x’/T0 = 2.1/5 = 0.42 mΔ0 = (12-5)×0.441×5/(64.46+0.441×5) = 0.232 mΔx’/Δ0 = 0.246 = 0.246 m ( 查表E.7.2 )Δx’ = 0.232×0.246 = 0.057 mh = 5+(12-5)×(2.1+0.441×5)/(64.46+0.441×5)-0.057 = 5.395 m附录E.7.2 透水地基上弱透水层不等厚或不均质附录E.7 双层堤基渗流计算和覆盖的计算附录E.7.2 透水地基上弱透水层不等厚或不均质，强透水层无限长双层堤基渗流计算项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / ( 1:m1 )下游坡度m2 = 5 = 5 / ( 1:m2 )堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m弱透水地基底高程▽弱 = 10 = 10 m强透水地基底高程▽强 = 7 = 7 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m弱透水层无限长强透水堤基渗透系数k0 = 7.00E-03 = 7.00E-03 m/s ( ＝ 0.7cm/s ＝ 604.8m/d ) 2.递推计算下游等效长度S下下游弱透水层分段数N = 3 = 3 段 ( 以不等厚或不均质分 )2.1递推计算段次 = 0 = 0强透水层厚度T0 = 10-7 = 3 m ( ▽弱-▽强 )等效长度S0 = 0 = 0 m ( 取0 )D0 = (1/0.022+0)/(1/0.022-0) = 1 /段次 = 1第1段渗透系数k1 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d )第1段厚度t1 = 5 = 5 m第1段长度L1 = 6 = 6 m越流系数A1 = SQRT(0.00005/(0.007×3×5)) = 0.022 m-1β1 = 2×0.022×6 = 0.264 / ( 2AiLi )等效长度S1 = 1/0.022×(1×e^0.264-1)/(1×e^0.264+1) = 5.965 mD1 = (1/0.028+5.965)/(1/0.028-5.965) = 1.401 m段次 = 2第2段渗透系数k2 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d )第2段厚度t2 = 3 = 3 m第2段长度L2 = 10 = 10 m越流系数A2 = SQRT(0.00005/(0.007×3×3)) = 0.028 m-1β2 = 2×0.028×10 = 0.56 / ( 2AiLi )等效长度S2 = 1/0.028×(1.401×e^0.56-1)/(1.401×e^0.56+1) = 15.026 m D2 = (1/0.035+15.026)/(1/0.035-15.026) = 3.219 m ( ▽底-▽弱 )段次 = 3第3段渗透系数k3 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第3段厚度t3 = 2 = 2 m第3段长度L3 = 30 = 30 m越流系数A3 = SQRT(0.00005/(0.007×3×2)) = 0.035 m-1β3 = 2×0.035×30 = 2.1 / ( 2AiLi )等效长度S3 = 1/0.035×(3.219×e^2.1-1)/(3.219×e^2.1+1) = 26.477 m2.2下游等效长度S下 = 26.477 = 26.477 m ( 即等效长度S3 )3.递推计算下游等效长度S上上游弱透水层分段数N = 3 = 3 段 ( 以不等厚或不均质分 )3.1 递推计算段次 = 0 = 0强透水层厚度T0 = 15.026-3.219 = 11.807 m ( ▽弱-▽强 )等效长度S0 = 0 = 0 m ( 取0 )D0 = (1/0.018+0)/(1/0.018-0) = 1 /段次 = 1第1段渗透系数k1 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第1段厚度t1 = 7 = 7 m第1段长度L1 = 10 = 10 m越流系数A1 = SQRT(0.00005/(0.007×3×7)) = 0.018 m-1β1 = 2×0.018×10 = 0.36 / ( 2AiLi )等效长度S1 = 1/0.018×(1×e^0.36-1)/(1×e^0.36+1) = 9.893 mD1 = (1/0.022+9.893)/(1/0.022-9.893) = 1.556 m段次 = 2第2段渗透系数k2 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d )第2段厚度t2 = 5 = 5 m第2段长度L2 = 6 = 6 m越流系数A2 = SQRT(0.00005/(0.007×3×5)) = 0.022 m-1β2 = 2×0.022×6 = 0.264 / ( 2AiLi )等效长度S2 = 1/0.022×(1.556×e^0.264-1)/(1.556×e^0.264+1) = 15.413 mD2 = (1/0.028+15.413)/(1/0.028-15.413) = 2.518 m ( ▽底-▽弱 )段次 = 3第3段渗透系数k3 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d )第3段厚度t3 = 3 = 3 m第3段长度L3 = 50 = 50 m越流系数A3 = SQRT(0.00005/(0.007×3×3)) = 0.028 m-1β3 = 2×0.028×50 = 2.8 / ( 2AiLi )等效长度S3 = 1/0.028×(2.518×e^2.8-1)/(2.518×e^2.8+1) = 34.03 m3.2 上游等效长度S上 = 34.03 = 34.03 m ( 即等效长度S3 )4. 背水侧弱透水层下各点的承压水头计算(x以下游堤脚原点，向下游为正)计算点坐标x = 10 = 10 m ( x > 0 )上下游水头差H = 24.8-18 = 6.8 m堤身高度Hd = 27-17 = 10 m ( ▽顶-▽底 )堤底宽度b = 6+10×(3+5) = 86 m ( B+Hd×(m1+m2) )计算点的承压水头h = (26.477-10)×6.8/(34.03+86+26.477) = 0.765 m ( x = 10m )附录E.7.4 递推公式计算盖重最后一个了，本堤防渗流计算到此结束，谢谢支持！附录E.7 双层堤基渗流计算和覆盖的计算附录E.7.4 递推公式计算盖重项目计算式数值单位备注1.计算参数上游坡度m1 = 3 = 3 / ( 1:m1 )下游坡度m2 = 5 = 5 / ( 1:m2 )堤顶宽度B = 6 = 6 m堤顶高程▽顶 = 27 = 27 m堤底高程▽底 = 17 = 17 m弱透水地基底高程▽弱 = 10 = 10 m强透水地基底高程▽强 = 7 = 7 m上游水位▽1 = 24.8 = 24.8 m下游水位▽2 = 18 = 18 m弱透水层无限长强透水堤基渗透系数k0 = 7.00E-03 = 7.00E-03 m/s ( ＝ 0.7cm/s ＝ 604.8m/d ) 2.递推计算下游等效长度S下下游弱透水层分段数N = 3 = 3 段 ( 以不等厚或不均质分 )2.1递推计算段次 = 0 = 0强透水层厚度T0 = 10-7 = 3 m ( ▽弱-▽强 )等效长度S0 = 0 = 0 m ( 取0 )D0 = (1/0.022+0)/(1/0.022-0) = 1 /段次 = 1第1段渗透系数k1 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第1段厚度t1 = 5 = 5 m第1段长度L1 = 6 = 6 m是否有盖重无盖重盖重厚度t’ = 1 = 0 m盖重渗透系数k’ = 2.00E-06 = 2.00E-06 m/s ( ＝ 0.0002cm/s ＝ 0.1728m/d ) 等效厚度t1’ = 0.00005×0/0.000002 = 0 m等效总厚度tz’ = 5+0 = 5 m越流系数A1 = SQRT(0.00005/(0.007×3×5)) = 0.022 m-1β1 = 2×0.022×6 = 0.264 / ( 2AiLi )等效长度S1 = 1/0.022×(1×e^0.264-1)/(1×e^0.264+1) = 5.965 mD1 = (1/0.028+5.965)/(1/0.028-5.965) = 1.401 m段次 = 2第2段渗透系数k2 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第2段厚度t2 = 3 = 3 m第2段长度L2 = 10 = 10 m是否有盖重无盖重盖重厚度t’ = 1 = 0 m盖重渗透系数k’ = 2.00E-06 = 2.00E-06 m/s ( ＝ 0.0002cm/s ＝ 0.1728m/d ) 等效厚度t1’ = 0.00005×0/0.000002 = 0 m等效总厚度tz’ = 3+0 = 3 m越流系数A2 = SQRT(0.00005/(0.007×3×3)) = 0.028 m-1β2 = 2×0.028×10 = 0.56 / ( 2AiLi )等效长度S2 = 1/0.028×(1.401×e^0.56-1)/(1.401×e^0.56+1) = 15.026 mD2 = (1/0.016+15.026)/(1/0.016-15.026) = 1.633 m ( ▽底-▽弱 )段次 = 3第3段渗透系数k3 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第3段厚度t3 = 2 = 2 m第3段长度L3 = 30 = 30 m是否有盖重有盖重盖重厚度t’ = 1 = 1 m盖重渗透系数k’ = 7.00E-06 = 7.00E-06 m/s ( ＝ 0.0007cm/s ＝ 0.6048m/d ) 等效厚度t1’ = 0.00005×1/0.000007 = 7.143 m等效总厚度tz’ = 2+7.143 = 9.143 m越流系数A3 = SQRT(0.00005/(0.007×3×9.143)) = 0.016 m-1β3 = 2×0.016×30 = 0.96 / ( 2AiLi )等效长度S3 = 1/0.016×(1.633×e^0.96-1)/(1.633×e^0.96+1) = 38.758 m2.2下游等效长度S下 = 38.758 = 38.758 m ( 即等效长度S3 )3.递推计算下游等效长度S上上游弱透水层分段数N = 3 = 3 段 ( 以不等厚或不均质分 )3.1 递推计算段次 = 0 = 0强透水层厚度T0 = 15.026-1.633 = 13.393 m ( ▽弱-▽强 )等效长度S0 = 0 = 0 m ( 取0 )D0 = (1/0.018+0)/(1/0.018-0) = 1 /段次 = 1第1段渗透系数k1 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第1段厚度t1 = 7 = 7 m第1段长度L1 = 10 = 10 m是否有盖重无盖重盖重厚度t’ = 0.5 = 0 m盖重渗透系数k’ = 7.00E-06 = 7.00E-06 m/s ( ＝ 0.0007cm/s ＝ 0.6048m/d ) 等效厚度t1’ = 0.00005×0/0.000007 = 0 m等效总厚度tz’ = 7+0 = 7 m越流系数A1 = SQRT(0.00005/(0.007×3×7)) = 0.018 m-1β1 = 2×0.018×10 = 0.36 / ( 2AiLi )等效长度S1 = 1/0.018×(1×e^0.36-1)/(1×e^0.36+1) = 9.893 mD1 = (1/0.015+9.893)/(1/0.015-9.893) = 1.349 m段次 = 2第2段渗透系数k2 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d ) 第2段厚度t2 = 5 = 5 m第2段长度L2 = 6 = 6 m是否有盖重有盖重盖重厚度t’ = 1 = 1 m盖重渗透系数k’ = 8.00E-06 = 8.00E-06 m/s ( ＝ 0.0008cm/s ＝ 0.6912m/d ) 等效厚度t1’ = 0.00005×1/0.000008 = 6.25 m等效总厚度tz’ = 5+6.25 = 11.25 m越流系数A2 = SQRT(0.00005/(0.007×3×11.25)) = 0.015 m-1β2 = 2×0.015×6 = 0.18 / ( 2AiLi )等效长度S2 = 1/0.015×(1.349×e^0.18-1)/(1.349×e^0.18+1) = 15.68 mD2 = (1/0.016+15.68)/(1/0.016-15.68) = 1.67 m ( ▽底-▽弱 )段次 = 3第3段渗透系数k3 = 5.00E-05 = 5.00E-05 m/s ( ＝ 0.005cm/s ＝ 4.32m/d )第3段厚度t3 = 3 = 3 m第3段长度L3 = 50 = 50 m是否有盖重有盖重盖重厚度t’ = 1 = 1 m盖重渗透系数k’ = 8.00E-06 = 8.00E-06 m/s ( ＝ 0.0008cm/s ＝ 0.6912m/d ) 等效厚度t1’ = 0.00005×1/0.000008 = 6.25 m等效总厚度tz’ = 3+6.25 = 9.25 m越流系数A3 = SQRT(0.00005/(0.007×3×9.25)) = 0.016 m-1β3 = 2×0.016×50 = 1.6 / ( 2AiLi )等效长度S3 = 1/0.016×(1.67×e^1.6-1)/(1.67×e^1.6+1) = 49.018 m3.2 上游等效长度S上 = 49.018 = 49.018 m ( 即等效长度S3 )4. 背水侧弱透水层下各点的承压水头计算(x以下游堤脚原点，向下游为正)计算点坐标x = 7 = 7 m ( x > 0 )上下游水头差H = 24.8-18 = 6.8 m堤身高度Hd = 27-17 = 10 m ( ▽顶-▽底 )堤底宽度b = 6+10×(3+5) = 86 m ( B+Hd×(m1+m2) )计算点的承压水头h = (38.758-7)×6.8/(49.018+86+38.758) = 1.243 m ( x = 7m )。

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。

1、渗流计算内容
(1) 确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及地基内的等势线分布图或流网图。

(2) 确定坝体与地基渗流量。

(3) 确定坝坡出逸段与下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降。

2、渗流计算的情况
(1) 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位。

(2) 上游设计洪水位与下游相应的高水位。

(3) 上游校核洪水位与下游相应的最高水位。

(4) 库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。

3、渗流计算方法
渗流计算可通过公式计算、手绘流网、数值计算和模拟试验等方法进行，应根据工程等级、地质条件和设计阶段等因素选用。

对Ⅰ、Ⅱ级坝和高坝应采用数值计算或模拟试验确定渗流场的各种渗流因素。

对Ⅲ级坝可采用水力学法进行计算。

4、水力学计算公式
表4-1-4 给出不同类型地基土坝渗流计算的公式。

表4-1-4 不同类型地基土坝渗流计算的公式。