土石坝力学法渗流计算无敌版_精品文档表格文件下载.xls

1、如右图所示为筑于水平不透水地基上的均质土坝，上游 液体将通过边界AB渗入坝体，在坝内形成自由表面（浸润面）AC,C点称为逸出点，ABDC区域为渗流区。因一般坝轴线较长，故通常把土坝渗流作为平面问题看 待，采用“分段法”进行计算，此程序采用“两段法”两段法是在三段法的基础上进行了简化，把上游楔形体 ABE用一个矩形体AEBA去取代，取代以后的渗流效果一样。这样把第一段和第二段合并为一段，即上游渗流段ABGC。4.4.已已知知参参数数:4.14.1 均均质质土土坝坝坝坝高高H（m）H（m）41414.24.2上上游游坝坝面面边边坡坡系系数数m m1 1下下游游坝坝面面边边坡坡系系数数m m2 2

2、14:24.014:24.02.72.7 注注：上上下下游游如如为为变变坡坡时时，则则分分别别取取各各自自的的平平均均值值。表表1.1.土土坝坝坝坝坡坡边边坡坡系系数数参参考考值值坝高（m）上 游 坝 坡下 游 坝 坡301:3.01:3.51:2.51:3.04.34.3坝坝顶顶宽宽度度B B （m）（m）6 6表表2.2.坝坝顶顶最最小小宽宽度度值值坝高H（m）坝顶最小宽度Bmin（m）水平不透水地基均质坝浸润线示意图=3.0301004.110064.44.4上上游游水水位位H H1 1（m）（m）24.724.74.54.5下下游游水水位位H H2 2（m）（m）0 04.64.6渗渗

3、透透系系数数k（cm/s）k（cm/s）0.0000111表表3.3.土土的的渗渗透透系系数数参参考考值值土名渗透系数km/dcm/s粘土0.0050.000006亚粘土0.0050.10.0000060.0001轻亚粘土0.10.50.00010.0006黄土0.250.50.00030.0006粉砂0.51.00.00060.001细砂1.05.00.0010.006中砂5.020.00.0060.02均质中砂35500.040.06粗砂20500.020.06均质粗砂60750.070.08 注注：本本表表资资料料引引自自中中国国建建筑筑工工业业出出版版社社19751975年年出出版版的

4、的工工程程地地质质手手册册。5.5.计计算算过过程程：5.15.1坝坝体体的的分分段段 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AEBA去取代,（1）等效的矩形体的宽度L为:10.45582810.455828 m m H1上游水位（m）m1上游坝面边坡系数 （5-15-1）（2）第二、三两段的底宽和（线段DE长度）L为：161.688161.688m m m2下游坝面边坡系数 H 土坝坝高（m）1 1 112m LHm 1211（）Lmm HBm H （5-25-2）5.25.2上上游游段段的的计计算算 渗流从过水断面AB至CG的水头差H=H1-hK,两过水断面之间平均渗

5、透路程s=L+L-m2hk,m2为坝下游面的边坡系数，故上游段的平均水力坡度hk逸出点高度 L等效的矩形体宽度 L第二、三两段的底宽和 （5-35-3）根据杜比公式，上游段的平均渗流流速J上游段的平均水力坡度k坝体材料的渗透系数 （5-45-4）上游段单宽坝长的平均过水断面积，上游段所通过的单宽渗流量为 v上游段的平均渗流流速A上游段单宽坝长平均过水断面积 （5-55-5）很显然要用上式计算渗流量还不可能，因其中逸出水hk是位知数，所以还必须要对下游段建立计算公式，以便和上式进 行联解。5.35.3下下游游段段的的计计算算 设坝下游有水，其水深为H2，逸出点在下游水位以上的高度为a0,因在下游

6、水位以下的渗流为有压流，在水面以上部分为 无压流，需分开计算。同时根据实际流线的情况，把下游段内的流线都看做是水平线。如右图所示，下游三角形CGD段，可以下游水面为界，分为水上部分CGD 和水下部分GGDD,应用达西定律可得其单宽渗流量为 式中a0=hk-H2 （5-65-6）a0逸出点在下游水位以上的高度5.45.4联联解解渗渗流流方方程程 根据水流连续条件 q=q1=q2，联解上面的两个方程可得 a a0 0为4.97894.9789m m1 2 k kHhJ LLm h 1 2 K kHHvkJkLLm h 11（）2KAHh221 1 2（）2（）k kk Hhqv ALLm h 00

7、22 20（1 2.3lg）kaaHq ma 2210200220220（）（1 2.3lg）2（）HaHaaHLLm aHma （5-75-7）再由公式hk=a0+H2可求得h hk k为4.97894.9789m m将上式求得的a0代入公式（5-55-5）或（5-65-6），可求得单宽渗流量q q为 由由（5-55-5）式式算算得得2.04692.0469x10 x10-5-5m m3 3/sm/sm 由由（5-65-6）式式校校核核的的结结果果为为2.04692.0469x10 x10-5-5m m3 3/sm/sm5.55.5浸浸润润线线方方程程的的计计算算 如下图所示，因我们用等效的

8、矩形体取代上游三角楔形体，AB即为上游的入渗起始断面，今取以点G为坐标原点的 一组直角坐标系来研究浸润曲线的计算，x轴以向左为正。在任意水平坐标为x的过水断面上，设其水深为y，根据杜比公式，该断面的平均渗流流速为 （5-85-8）单宽渗流量为 或 将上式积分得（5-95-9）利用已知边界条件可确定积分常数C，当x=L+L-m2hk时，y=H1，代入上式得 （5-105-10）dyvkdxdyqkydxqdxkydy21 2 qxkyC2 211（）2kCq LLm hkH 2210200220220（）（1 2.3lg）2（）HaHaaHLLm aHma 将C值代入式（5-95-9）得 或 （

9、5-115-11）将（5-5）（5-5）式代入上式后可得出浸润曲线的方程式为 （5-125-12）假定一系列的x值，由上式可算得相应的y值，从而描绘出坝内浸润曲线。由上式可见，当x=0时，y=hk，当x=（L+L-m2hk）时，y=H1。表表4.x4.x系系列列值值和和其其对对应应的的y y系系列列值值x x0.003.436.8610.3013.7317.16y y18.002.70161.6910.460.0024.7034.3237.7541.1844.6148.0451.4854.9158.3420.0920.2820.4820.6720.8621.0521.2421.4375.507

10、8.9382.3685.7989.2392.6696.0999.5222.3322.5122.6922.8623.0423.2123.3823.55116.68120.11123.5424.3824.5424.70222111（）22kqxkyq LLm hkH 22122（）kyHq LLm hxk 2221 2（）（）kkkx yHhhLLm h 绘制浸润线2 211（）2kCq LLm hkH 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流计算 注注：下 游 坝 坡1:1.51:2.01:2.251:2.751:3.0坝顶最小宽度Bmi

11、n（m）水平不透水地基均质坝浸润线示意图cm/s0.0000060.0000060.00010.00010.00060.00030.00060.00060.0010.0010.0060.0060.020.040.060.020.060.070.08 注注：H1上游水位（m）m1上游坝面边坡系数 （5-15-1）m2下游坝面边坡系数 H 土坝坝高（m）渗流从过水断面AB至CG的水头差H=H1-hK,两过水断面之间平均渗透路程s=L+L-m2hk,m2为坝下游面的边坡系数，hk逸出点高度 L等效的矩形体宽度 L第二、三两段的底宽和J上游段的平均水力坡度k坝体材料的渗透系数 v上游段的平均渗流流速A

12、上游段单宽坝长平均过水断面积 很显然要用上式计算渗流量还不可能，因其中逸出水hk是位知数，所以还必须要对下游段建立计算公式，以便和上式进 设坝下游有水，其水深为H2，逸出点在下游水位以上的高度为a0,因在下游水位以下的渗流为有压流，在水面以上部分为 和水下部分GGDD,应用达西定律可得其单宽渗流量为 如下图所示，因我们用等效的矩形体取代上游三角楔形体，AB即为上游的入渗起始断面，今取以点G为坐标原点的 （5-105-10）20.5924.0227.4530.890.003.0019.6919.8961.7765.2068.6472.0721.6121.7921.9822.16102.95106

13、.38109.82113.2523.7223.8824.0524.21 在得到计算所绘的浸润线后，还应对渗流进口部分作适当修正：自A点引与坝坡AB正交的平滑曲线，曲线下端与计算求得的浸润线相切于F点。浸润线（AC段）0.0 10.3 20.6 30.9 41.2 51.5 61.8 72.1 82.4 92.7 103.0 113.2 123.5 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 未知数m1m2L（m）L（m）k（cm/s）H1（m）H2（m）2.762.7161.688 10.45583 0.000011124.702.7161.688 10.45583 0.

14、000011124.70 xy2.7161.688 10.45583 0.000011124.700.018.02.7161.688 10.45583 0.000011124.70123.524.72.7161.688 10.45583 0.000011124.700.018.02.7161.688 10.45583 0.000011124.703.418.22.7161.688 10.45583 0.000011124.706.918.42.7161.688 10.45583 0.000011124.7010.318.72.7161.688 10.45583 0.000011124.7013

15、.718.92.7161.688 10.45583 0.000011124.7017.219.12.7161.688 10.45583 0.000011124.7020.619.32.7161.688 10.45583 0.000011124.7024.019.52.7161.688 10.45583 0.000011124.7027.519.72.7161.688 10.45583 0.000011124.7030.919.92.7161.688 10.45583 0.000011124.7034.320.12.7161.688 10.45583 0.000011124.7037.720.32.7161.688 10.45583 0.000011124.7041.220.52.7161.688 10.45583 0.000011124.7044.620.72.7161.688 10.45583 0.000011124.7048.020.92.7161.688 10.45583 0.000011124.7051.521.12.7161.688 10.45583 0.000011124.7054.921.22.7161.688 10.45583 0.000011124.7058.321.42.716