渗流分析

7 渗流稳定计算
7.1 渗流场分析
1、渗流计算
1．１计算依据、条件及计算断面
本次根据地勘资料和大坝的渗漏现象，采用北京理正软件设计研究所编著的《渗流分析软件》程序按二维有限元数值方法对大坝的渗流场进行计算。

根据试验测定并结合工程类比选用参数采用有限元计算.计算主要进行上游正常蓄水位与下游相应最低水位、库水位降落时上游坝坡稳定最不利的不同工况坝体的渗流稳定计算，为时家村水库大坝加固断面设计提供依据。

大坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶宽度2.50米，现状坝顶高程210.00米，（黄海高程，下同）坝长80.00米，最大坝高12.00米，无裂缝，坝顶平均沉降0.15米；大坝上游坝坡1：1.63，下游坝坡成阶梯分布自上而下为：1：2.35、1：1.49、1：1.54，设2道戗台，宽1.50米。

坝前库中有部分淤积，根据以上资料，计算断面可以简化为5个区域：
①前砼面板；②砂石料垫层；③坝体戈壁填筑；④坝基砂砾石；⑤基岩；
1．１．１计算断面及参数的选取
根据地质勘探大坝纵横剖面图中坝体及坝基的地质情况，渗流计算取大坝最大坝高断面作为典型断面进行渗流计算，该断面的渗流状况可较全面的反应大坝实际渗流状况。

计算参数以本次地勘资料分析选用，土层的渗透系数根据现场坝体钻探取芯土质观察结合室内土工实验成果，大坝典型计算断面共１１个区，详见图１，渗透系数取值见表１。

1．１．２计算工况
考虑到小⑵型水库流域面积小，属山区河流，洪水陡涨陡落，洪峰历时短，高水位时坝体不能形成稳定渗流，根据《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》（ＳＬ１８９－９６）规定，渗流计算选择以下水位组合情况：
１）上游正常蓄水位与下游相应的最低水位。

２）库水位由校核洪水位降至正常蓄水位时上游坝
坡稳定最不利的情况。

３）库水位由正常蓄水位降至死水位时上游坝坡稳
定最不利的情况。

时家村水库正常蓄水位为76．１０ｍ，校核洪水标准为
76 年一遇，校核洪水位为 77．３１ｍ，死水位60．１０ｍ，下游均无水。

校核洪水位降至正常蓄水位需要０．７５ｄ，正常蓄水位降至死水位需要２０ｄ。

大坝断面渗流计算结果
m/天。

占总库容的12%。

7.2 渗流稳定性分析
1、坝体的渗流稳定性分析
参用规范为：中华人民共和国行业标准SL189-96《小型水利水电工程碾压
土石坝设计导则》、SL274-2001《碾压土石坝设计》。

坝体的允许渗透坡降：参照以下公式确定
()()n 11--∆＝破坏J B
K j J 破坏允许＝
∆————土粒比重γs=2.65（g/cm 3）
n ————土的孔隙率(n=0.5) J ————渗透坡降
K B ————流土安全系数，取2.0 经计算J 破坏＝0.79 J 允许＝0.42 2 稳定计算
2．１ 大坝坝坡稳定计算 2．１．１ 计算断面
坝坡抗滑稳定分析计算取的代表性断面同渗流计 算断面。

2．１．２ 计算参数的选择
根据 《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ２７４—２００１）的规定，大坝坝坡稳定计算所采用的抗剪强度指标取试验资料整理所得的平均值，稳定渗流期，采用有效应力法计算坝坡稳定最小安全系数；库水位降落期应分别采用有效应力法和总应力法计算坝坡稳定最小安全系数。

大坝坝体物理力学指标的确定：根据相关地质勘测报告所提供的物理力学指标建议值，并类比类似工程选取其物理力学指标见表 ３。

2．１．３ 计算工况
１）上游水位正常蓄水位时形成稳定渗流期的下游坝坡。

根据渗流程序计算得出的流网计算，坝后溢出点的渗透比降i max =0.20＜J 允许
＝0.42，在允许的渗透比降范围，因此，坝体的渗流是稳定的。

3、坝基的渗流稳定性分析
，根据渗流程序计算得出的流网计算，坝基最大的渗透比降i=0.37，i＜J
允许
在允许的渗透比降范围内，因此，坝基的渗流是稳定的。

7.3 运行表现评价
水位多年运行水位在71.46m以下，低于设计正常运行水位，大坝的渗漏仍存在严重安全隐患；实际情况证明，坝后在300m外渗漏严重。

从运行的角度分析，大坝的运行状况较差。

经过几年的运行，大坝有一定的淤积，如果针对大坝的病情进行除险加固，大坝的效益仍具有潜力可以发掘。

7.4 渗流安全鉴定结论
1、当库水位为71.46m，根据渗流程序计算得：大坝的年总渗流量为Q=5.2
=0.20＜0.42, 在允许的渗透比降范围, 坝×105m3。

坝后坡溢出点的渗透比降i
max
，在允许的渗透比降体的渗流是稳定的，坝基最大的渗透比降i=0.37，i＜J
允许
范围内，坝基的渗流是稳定。

2、有限元计算：坝体的浸润线的两种情况下的位置不高，因为坝体是砂砾石，出逸点在坝脚。

考虑在工程加固时，只对上游坝坡进行防渗处理。

下游不必另设反滤排水体。

3、总之，综合大坝的运行情况分析，坝体、坝基渗透比降满足要求，但是大坝存在严重渗漏，应尽快进行相应的除险加固处理。

由上分析，该工程目前渗漏严重，依据《大坝安全评价导则》SL258-2000，时家村水库大坝渗流稳定综合评价定为C级。

附表7-1-1
计算项目：时家村水库水库渗流有限元分析计算
0+054.5断面稳定期渗流计算
[计算简图]
分析类型: 稳定流
上游水位高: 54.460(m)
下游水位高: -4.5.000(m)
上游水位高2: -70.000(m)
下游水位高2: -70.000(m)
坡面线段数 9
[土层信息]
坡面节点数 = 12
面边界数 = 8
编号1, 边界类型: 已知水头
节点号: -10 --- 0
节点水头高度 34.460 --- 34.460 (m) 编号2, 边界类型: 已知水头
节点号: 0 --- 10
节点水头高度 34.460 --- 34.460 (m) 编号3, 边界类型: 可能的浸出点
节点号: -3 --- -4
编号4, 边界类型: 可能的浸出点
节点号: -4 --- -5
编号5, 边界类型: 可能的浸出点
节点号: -5 --- -6
编号6, 边界类型: 可能的浸出点
节点号: -6 --- -7
编号7, 边界类型: 可能的浸出点
节点号: -7 --- -8
编号8, 边界类型: 已知水头
节点号: -8 --- -11
节点水头高度 -4.000 --- -4.000 (m) [点边界数据]
点边界数 = 2
编号1, 边界类型: 已知水头
节点编号描述: -10
节点水头高度 34.460(m)
编号2, 边界类型: 已知水头
节点编号描述: -11
节点水头高度 -4.000(m)
[计算参数]
剖分长度 = 1.000(m)
收敛判断误差(两次计算的相对变化) = 0.100%
最大的迭代次数 = 30
[输出内容]
计算流量:
流量计算截面的点数 = 2
编号 X(m) Y(m)
1 110.000 -20.000
2 110.000 20.000
画分析曲线:
分析曲线截面始点坐标: (110.000,-20.000)
分析曲线截面终点坐标: (110.000,20.000)
------------------------------------------------------------------------ 计算结果:
------------------------------------------------------------------------ 渗流量 = 30.98681 m3/天
浸润线共分为 1 段。