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1、情景4土石壩滲流分析（知識內容包括4.3、4.7）1滲流分析概述1）分析目的檢驗壩的初選形式與尺寸，確定滲流力以核算壩坡穩(wěn)定進行防滲布置與土料配置，根據(jù)壩內的滲流參數(shù)與逸出坡降，檢驗土體的滲流穩(wěn)定，防止發(fā)生管涌和流土，確定壩體及壩基中防滲體和排水設施。確定通過壩及兩岸的滲流量并設計排水系統(tǒng)的容量。2）滲流計算內容確定壩體浸潤線及下游出逸點的位置，繪制壩體及壩基內的等勢線分布圖或流網(wǎng)圖；確定壩體與壩基的滲流量；確定壩體出逸段與下游壩基表面的出逸坡降，以及不同土層間的滲透比降；確定庫水位降落時上游壩坡內的浸潤線位置或孔隙壓
2、力；確定壩肩的等勢線、滲流量或滲透比降。3）滲流分析的計算情況上游正常蓄水位與下游相應的最低水位；上游設計洪水位與下游相應的水位；上游校核洪水位與下游相應的水位；庫水位降落時上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。4）滲流分析的方法流體力學方法水力學方法流網(wǎng)法試驗法。2滲流分析的水力學法1）基本假定（1）假設壩體土料為均質、各向同性材料；（2）杜平假設。即：假設壩體滲流為緩變流（等勢線和流線均緩慢變化），滲流場中任何鉛直線上各點的流速和水頭相等。2）基本思路:以浸潤線兩端點a和b為分界線，將均質土壩劃分為3段，即上游楔（xie）形體
3、、中間段、下游楔形體，然后分別列出各段的計算公式，再根據(jù)水流連續(xù)原理求解。（2）等效矩形體寬度計算在兩段法中，虛擬的土壩上游面是鉛直的，它距原上游壩坡與計算水位線的交點a的水平距離為△L。根據(jù)滲流阻力相當?shù)脑恚ㄟ^試驗和理論分析，可得到式中，m1為上游壩坡坡度（斜率），H1為壩前水深。一、不透水地基上、下游無排水設施的、均質壩的滲流計算當?shù)鼗鶟B透系數(shù)小于壩體滲透系數(shù)100倍以上時，通常認為地基為不透水地基。1）第一段滲流計算根據(jù)杜平假設，第一段中任一鉛直線上各點的流速u都相等；根據(jù)達西定律，水的滲透流速與水力坡降成正
4、比，則可得滲透坡降；流速流量將在水頭為H1的AO斷面（首端）至水頭為h0=a0+H2的bf斷面（末端）之間進行積分，此時積分式為：于是可得第一段的滲流量q1為可得壩體第一段的浸潤線方程為從上式可以看出，浸潤線方程為一個二次拋物線方程。2）第二段滲流計算第二段為bgf段，該段的滲流量可以以下游水面為準，分水上、水下兩部分進行計算。聯(lián)立求出a0后，代入滲流量公式，即可求出該斷面上壩體的滲流量。二、不透水地基上、下游有褥墊式排水設施的、均質壩的滲流計算1）基本要點（1）由流體力學方法可以證明：具有水平排水設施的均質土壩內的浸
5、潤線是一條以排水起點為焦點的拋物線。假設焦點處的高度為a0，拋物線的原點C在排水起點右側a0/2處。a0為未知量。（2）對具有褥墊式排水設施的均質土壩的滲流計算，仍采用“兩段法”。如圖所示，仍將上游楔形體轉化為虛擬矩形，以EO為第一段的起始斷面，將排水設施的起點處的鉛直面DB作為第一段的終止斷面，DB高度為h0。三、不透水地基上、下游有堆石棱體排水設施的、均質壩的滲流計算堆石棱體排水是指在土石壩下游坡腳處用塊石堆筑成棱體進行排水，這種排水設施是土石壩中最常見的排水設施，一般設置在下游有水的情況。當下游無水時，堆石棱體排
6、水滲流分析與褥墊式排水滲流分析相同。以下分析下游有水的情況，并設下游水深為H2。四、不透水地基上心墻壩的滲流計算1）計算要點（1）由于心墻土料的滲透系數(shù)遠小于壩殼土料的滲透系數(shù)（一般小100倍以上），因此，近似地認為上游壩殼中無水頭損失，心墻前浸潤線的水位為上游水位。（2）由于心墻土料基本上時均一的，因此，將心墻簡化為等厚（厚度為δ）的矩形體。（3）設心墻后浸潤線起點的高度為H。不透水地基上的心墻壩的滲流計算圖2）分析結果通過心墻的滲流量為通過下游壩體的滲流量為五、有限深透水地基上均質壩的滲流計算本節(jié)主要針對壩體透水性
7、與地基透水性相似的均質土壩。對于壩體透水性與地基透水性差異較大的均質土壩，可參考相關文獻。㈠總體思路第一步，假設地基不透水，按不透水地基均質土壩的滲流計算方法，確定壩體的滲流量q1和浸潤線；第二步，假設壩體不透水，計算地基的滲流量q2；第三步，將q1與q2相加，即可近似地得到壩體和壩基的總滲流量；第四步，不考慮壩基滲透的影響，近似地按壩基不透水情況下的浸潤線計算結果來確定壩體浸潤線位置（事實上，由于壩基是透水的，因此浸潤線將略有降低）。六、總滲流量的計算前面所介紹的是以一個斷面為例的情況。對于整個壩的滲流量Q，可以根據(jù)
8、地形和壩體結構，沿壩軸線將壩劃分為若干段（n段），各段的長度分別為L1、L2、……、Ln。分別計算各段的平均滲流量q1、q2、……、qn，然后將各段的滲流量相加，即可求出全壩的總滲流量Q?？倽B流量計算示意圖3土石壩的滲透變形及其防止措施（一）滲透變形的型式（分類）滲透變形的型式及其發(fā)生、發(fā)展、變化過程，與土料性質、土粒級配、水流條
