第七章渗流分析.docx
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第七章渗流分析
6.6.1渗流分析说明
渗流分析的目的在于：
①土中饱和程度不同，土料的抗剪强度等力学特性也相应地发生变化，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；②检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡稳定；③进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝内的渗流参数与逸出坡降，检验土体的渗流稳定，防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施；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。
依据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）中8.1.2，渗流计算应包括以下水位组合情况：
1上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；
2上游设计洪水位与下游相应的水位；
3上游校核洪水位与下游相应的水位；
4库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况；
6.6.2渗流分析计算
积石峡库区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所示。
y
「在一
单宽渗流量和均质坝下游坡渗流水深h可由下面两式联立解除:
22
qk[Hi-（H2ho）]
一2L'
ho二L'2（Hi-出）2-L'
式中k——坝体的渗透系数，cm/s，其中
k=0.45x10cm/s；
h——坝前水深，m
h――坝后水深，m
h——棱体前水深，m
L‘——透水区域，m。
1.正常蓄水位时的渗流分析
上游水位为1856m下游相应水位假设为1791m则上游水深
H1=1856-1782=74m,下游水深H2=1791-1782=11m.
LL—1—H174=30.83m
1+2g1+2汉2.5
L=（1865.07-1856）2.513（1865.07-1798）
2.5-（1798-1791）1=196.35m
L^lLL=42.59169.59=227.18m
代入式h0二•L'2（巴-H2）2-L'
22
k[H1~（H^h0）]
ho=14.85m,代入式2L',k=0.45x10-6cm/s
渗流量为：
q=5.1x10-8—/s,带入浸润线方程：
将渗流曲线坐标值列入下表中
表6.6.2-1正常蓄水位渗流曲线坐标值
x
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
y
74
70.9
67.6
64.2
60.5
56.7
52.5
48
43
37.4
2.设计洪水位时的渗流分析
上游水位为1858.22m,下游相应水位假设为1793m则上游水深
H,=1858.22-1782=76m,下游水深H2=1793-1782=11m.
|_L―1—H1—76=31.7m
1+2m1+2沢2.5
L=（1865.07-1858.55）2.513（1865.07-1798）
2.5-（1798-1793）1=198.35m
L^lLL=31.7198.35=230.02m
代入式h。
一L'2（H1-H2）2-L'
[H12-（Hz+h。
）2]
ho=9.O7m，代入式q2L',k=0.45x10-6cm/s
_83
渗流量为：
q=5.3x10m/s,带入浸润线方程：
将渗流曲线坐标值列入下表中
表6.6.2_2设计洪水位渗流曲线坐标值
x
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
y
76
72.8
69.4
65.8
62.1
58.1
53.8
49.2
44
38.2
3.校核洪水位时的渗流分析
上游水位为1862.45m,下游相应水位假设为1795,则上游水深
H1=1862.45_1782=80m,下游水深H2=1795_1782=13m.
|_Lm1—Hi—80=33.33m
1+2m11+27.5
L=（1865.07-1862.45）2.513（1865.07-1798）
2.5-（1798-1795）1=200.05m
L‘£l_L=33.33200.0^233.68m
代入式h。
「L'2（已一出）2-L'
22
q=k【H1TH
、、2L'
ho=9.41m，代入式，,k=0.45x10-6cm/s
渗流量为：
q=5.6x10-8m/s,带入浸润线方程：
将渗流曲线坐标值列入下表中
表6.6.2-3校核洪水位渗流曲线坐标值
x
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
y
80
76.7
73.2
69.5
65.6
61.5
57
52.2
47
41
4.将前面几种工况计算所得的渗流曲线绘制在图6.6.2-4中
图6.6.2-3渗流曲线图
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。
6.6.3稳定分析
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。
计算工况与安全系数
（1）稳定渗流期。
校核两种工况的上、下游坝坡稳定：
①上游为正常蓄水位或设计洪水位至死水位之间的的某一水位，下游为相应的水位的正常运用条件；②上游为校核洪水位，下游为相应水位的非常运用条件I。
（2）水库水位降落期。
校核两种工况下的上游坝坡稳定：
①水库水位处于正常蓄水位或设计洪水位与死水位之间的某一水位发生降落的正常运用条件；②水库水位自校核洪水位降落至死水位以下或是水库以大流量快速泄空的非常运用条件I；
（3）地震作用时。
与正常运用条件的作用相组合验算上、下游坝坡的稳定。
属于非常运用条件II
2.稳定分析计算
本次设计采用瑞典圆弧法，其中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。
二者的比值为该滑动面抗滑稳定安全系数Kc.
3.最危险圆弧的确定
根据规范查的取B1=25°,B2=35°，在图中做出M1,M2.如图663-1所示：
图6.6.3-1滑动面位置
计算公式:
'二Wisinaj
ZWcosctjtan出+送Gbkc
式中:
illll川川I川川I土条编号：
W|川川川I山川I土条重量：
bMl川川I山川I土条宽度：
a山I川川I山川I土条沿滑裂面的夹角，单位（?
）：
C,丨川川川川川）1有效抗剪强度指标：
4.稳定分析计算：
设计洪水位上游坝坡稳定计算
4.1第一次试算：
R=231.37m,b=23.13m。
计算结果记入下表4.1-1中。
图4.1-1设计洪水位上游坝坡稳定计算简图
A1
A2
A3
Y1
Y2
Y3
0
0
149.06
20.4
19.8
16.5
0
0
447.84
20.4
19.8
16.5
0
122.49
626.25
20.4
19.8
16.5
0
419.43
622.49
20.4
19.8
16.5
0
721.21
625.99
20.4
19.8
16.5
0
1022.26
625.99
20.4
19.8
16.5
16.91
1305.1
469.5
20.4
19.8
16.5
323.62
1266.48
95.65
20.4
19.8
16.5
417.57
695.57
0
20.4
19.8
16.5
567.94
51.56
0
20.4
19.8
16.5
W1
W2
W3
wsina
刀Wcosatan0
Cbseca
0
0
2459.49
0
1032.99
462.6
0
0
7389.36
0
3103.53
462.6
0
2425.30
10333.13
0
5358.54
462.6
0
8304.71
10271.09
0
7801.84
462.6
0
14279.96
10328.84
0
10335.69
462.6
0
20240.75
10328.84
0
12839.22
462.6
344.96
25840.98
7746.75
11605.66
13392.25
492.29
6601.85
25076.30
1578.23
17623.19
11845.26
545.49
8518.43
13772.29
0
14328.19
7171.78
603.88
11585.98
1020.89
0
9657.42
3403.49
719.68
0
76284.59
5136.94
T=81421.53
S=53214.47
K=1.53>1.5
b
a
sina
cosa
seca
0
tan0
c
23.13
0.00
0.00
1.00
1.00
23.00
0.42
20.00
23.13
0.00
0.00
1.00
1.00
23.00
0.42
20.00
23.13
0.00
0.00
1.00
1.00
23.00
0.42
20.00
23.13
0.00
0.00
1.00
1.00
23.00
0.42
20.00
23.13
0.00
0.00
1.00
1.00
23.00
0.42
20.00
23.13
0.00
0.00
1.00
1.00
23.00
0.42
20.00
23.13
20.00
0.34
0.94
1.06
23.00
0.42
20.00
23.13
32.00
0.53
0.85
1.18
23.00
0.42
20.00
23.13
40.00
0.64
0.77
1.31
23.00
0.42
20.00
23.13
50.00
0.77
0.64
1.56
23.00
0.42
20.00
第二次试算：
R=236.97m,b=23.3m。
计算结果记入下表4.1-2中。
A1
A2
A3
Y1
Y2
Y3
W1
W2
W3
0
0
110.45
20.4
19.8
16.5
0
0
1822.43
0
0
331.35
20.4
19.8
16.5
0
0
5467.28
0
34.72
513.22
20.4
19.8
16.5
0
687.46
8468.13
0
232
462.33
20.4
19.8
16.5
0
4593.6
7628.45
0
453.84
323.32
20.4
19.8
16.5
0
8986.03
5334.78
0
664.43
131.26
20.4
19.8
16.5
0
13155.7
2165.79
0
782.18
1.35
20.4
19.8
16.5
0
15487.2
22.28
0
680.15
0
20.4
19.8
16.5
0
13467
0
140.11
358.25
0
20.4
19.8
16.5
2858.24
7093.35
0
191.65
5.04
0
20.4
19.8
16.5
3909.66
99.79
0
W土
wsina
刀W土cosatan0
Cbseca
T
SK
1822.43
0
765.42
466
5467.28
0
2296.26
466
9155.59
0
3845.35
466
12222.05
0
5133.26
466
14320.81
3706.50
5809.79
482.44
15321.50
4479.57
6153.85
487.29
44767.73
28611.691.56
15509.44
5304.54
6121.12
495.91
13466.97
6528.92
4946.96
532.80
9951.59
5708.00
3423.78
568.88
4009.45
2884.16
1169.78
670.83
合计
28611.69
39665.58
5102.16
b
a
sina
cosa
seca
0
tan0
c
23.3
0
0
1
1
23
0.42
20
23.3
0
0
1
1
23
0.42
20
23.3
0
0
1
1
23
0.42
20
23.3
0
0
1
1
23
0.42
20
23.3
15
0.26
0.97
1.04
23
0.42
20
23.3
17
0.29
0.96
1.05
23
0.42
20
23.3
20
0.34
0.94
1.06
23
0.42
20
23.3
29.00
0.48
0.87
1.14
23
0.42
20
23.3
35
0.57
0.82
1.22
23
0.42
20
23.3
46
0.72
0.69
1.44
23
0.42
20
第三次试算R=246.51m,b=25.35m
计算结果记入下表4.1-3中。
A1
A2
A3
Y1
Y2
Y3
W1
W2
W3
0
0
128.52
20.4
19.8
16.5
0
0
2120.58
0
0
385.57
20.4
19.8
16.5
0
0
6361.91
0
71.33
572.5
20.4
19.8
16.5
0
1412.3
9446.25
0
318.72
581.28
20.4
19.8
16.5
0
6310.7
9591.12
0
582.02
549.25
20.4
19.8
16.5
0
11524
9062.63
0
863.43
360.25
20.4
19.8
16.5
0
17096
5944.13
0
1090.7
96.49
20.4
19.8
16.5
0
21595
1592.09
55.88
1015.5
0
20.4
19.8
16.5
1140
20107
0
382.97
461.43
0
20.4
19.8
16.5
7812.6
9136.3
0
400.97
11.59
0
20.4
19.8
16.5
8179.8
229.48
0
W土wsina刀W土cosatan0CbsecaTSK
2120.58
0
890.64
507
6361.91
0
2672.00
507
10858.58
0
4560.61
507
15901.78
0
6678.75
507
20586.62
0
8646.38
507
63166.9140021.231.58
23040.04
4000.86
9529.80
514.82
23187.55
7930.61
9151.45
539.54
21247.45
10623.72
7728.35
585.43
16948.90
11119.48
5372.43
671.78
8409.27
6346.56
2317.13
772.80
合计40021.2357547.545619.37
b
a
sina
cosa
seca
0
tan0
c
25.35
0
0
1
1
23
0.42
20
25.35
0
0
1
1
23
0.42
20
25.35
0
0
1
1
23
0.42
20
25.35
0
0
1
1
23
0.42
20
25.35
0
0
1
1
23
0.42
20
25.35
10
0.1736
0.985
1.015
23
0.42
20
25.35
20
0.342
0.94
1.064
23
0.42
20
25.35
30
0.5
0.866
1.155
23
0.42
20
25.35
41
0.6561
0.755
1.325
23
0.42
20
25.35
49
0.7547
0.656
1.524
23
0.42
20
4.2正常蓄水位的下游坝坡的稳定计算
第一次试算，取R=253.3m,b=23.3m.计算过程见表4.2-1:
表4.2-1下游坝坡稳定计算
A1
A2
A3
A4
A5
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
0
0
110.89
0
110.89
20.4
19.8
16.5
20.5
18
0
0
332.68
0
332.68
20.4
19.8
16.5
20.5
18
0
0
483.29
71.18
483.29
20.4
19.8
16.5
20.5
18
211.29
49.52
469.26
27.92
343.92
20.4
19.8
16.5
20.5
18
257.35
253.01
350.6
0
2.41
20.4
19.8
16.5
20.5
18
289.82
439.23
180.11
0
0
20.4
19.8
16.5
20.5
18
373.37
516.69
12.66
0
0
20.4
19.8
16.5
20.5
18
465.07
350.04
0
0
0
20.4
19.8
16.5
20.5
18
635.42
100.95
0
0
0
20.4
19.8
16.5
20.5
18
400.77
0
0
0
0
20.4
19.8
16.5
20.5
18
W1
W2
W3
W4
W5
W±
W堆石
wsina
0
0
1829.7
0
1996.02
1829.685
1996.02
0
0
0
5489.2
0
5988.24
5489.22
5988.24
0
0
0
7974.3
1459.2
8699.22
7974.285
10158.41
0
4310.32
980.5
7742.8
572.36
6190.56
13033.6
6762.92
3437.63
5249.94
5009.6
5784.9
0
43.38
16044.44
43.38
4163.83
5912.33
8696.8
2971.8
0
0
17580.9
0
6013.02
7616.75
10230
208.89
0
0
18056.1
0
7915.27
9487.43
6930.8
0
0
0
16418.22
0
8700.33
12962.57
1998.8
0
0
0
14961.38
0
9415.50
8175.71
0
0
0
0
8175.708
0
5979.33
刀Wsina=45624.92
W土cosatan0
W堆cosatan0'
Cbseca
刀Wcosatan0
776.70
1674.86
466
2451.56
2330.17
5024.73
466
7354.91
3385.08
8523.92
466
11909.01
5448.71
5588.55
473.19
11037.26
6578.79
35.16
482.44
6613.95
7013.01
0
495.91
7013.01
6889.09
0
518.47
6889.09
5910.50
0
549.50
5910.50
4935.74
0
599.63
4935.74
2366.94
0
683.29
2366.94
5200.42
66481.96
T=71682.4
S=45624.9
K=1.57>1.5
满足要求
b
a
sina
cosa
seca
0
0'
tan0
tan0'
c
23.3
0
0
1
1
23
40
0.42
0.84
20
23.3
0
0
1
1
23
40
0.42
0.84
20
23.3
0
0
1
1
23
40
0.42
0.84
20
23.3
10
0.17
0.98
1.02
23
40
0.42
0.84
20
23.3
15
0.26
0.97
1.04
23
40
0.42
0.84
20
23.3
20
0.34
0.94
1.06
23
40
0.42
0.84
20
23.3
26
0.44
0.90
1.11
23
40
0.42
0.84
20
23.3
32
0.53
0.85
1.18
23
40
0.42
0.84
20
23.3
39
0.63
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