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1、第四節(jié)土石壩的滲流分析散粒體的滲流：水庫蓄水后，由于上下游水位差的關(guān)系，水流會通過壩體土粒之間的空隙從上游向下游流動。圖6-13滲流示意圖第四節(jié)土石壩的滲流分析滲流計算目的：為確定經(jīng)濟可靠的壩型和合理的結(jié)構(gòu)尺寸提供重要依據(jù)滲流計算任務(wù)：確定壩體浸潤線及其下游逸出點的位置，繪制壩體積地基內(nèi)的等勢線分布或流網(wǎng)圖，提供壩體穩(wěn)定分析、應(yīng)力計算和排水設(shè)備選擇之用確定壩體與地基滲流量，以便估計水庫滲漏損失和確定壩體排水的尺寸確定壩坡出逸段與下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透坡降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性確定庫水位降落時上游壩殼內(nèi)
2、自由水面的位置，估算由此產(chǎn)生的孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析之用常用的滲流分析方法：流體力學(xué)方法、水力學(xué)方法、流網(wǎng)法和試驗法。一土石壩滲流的基本方程及其解法（一）滲流的基本方程土壩滲流為層流，滲流區(qū)內(nèi)任一點滿足拉普拉斯方程：式中：、為x、y方向的滲透系數(shù)（二）滲流問題的水力求解假設(shè):均質(zhì),層流,穩(wěn)定漸變流.應(yīng)用達西定律(Darcy’sLaw)，假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點的滲透坡降相等。如圖示為一不透水地基上的矩形土體，此時過流斷面上的平均流速為：設(shè)單寬流量為q，則(*)將上式自上游面（x=0,y=H1)至下游面（x=L,y=H2
3、)積分，得：對（*)積分，可得浸潤線方程：不透水地基上矩形土體的滲流計算圖圖6-15土壩浸潤線示意圖二計算土石壩滲流的水力學(xué)方法（一）不透水地基上土石壩的滲流計算1.均質(zhì)壩的滲流計算下游無排水：計算時把土石壩斷面分為上游三角形、中間段和下游三角形三段上游三角形滲流區(qū)域的等效寬度為：將上游三角形和中間段合成一段通過這段滲流區(qū)域的滲流量為：均質(zhì)壩計算簡圖下游三角形段，以下游水面為界，分為水上部分和水下部分。和為等勢線，非等勢線也非流線。應(yīng)用達西定律可得其滲流量：根據(jù)水流連續(xù)條件聯(lián)立求解即可得浸潤線方程和逸出高度。下游有褥墊排水：根
4、據(jù)流體力學(xué)分析表明，浸潤線可由一通過E并以排水起點為焦點的拋物線來表示。B點高度為，則C點位置。由于浸潤線過和，浸潤線方程為：浸潤線通過點:有褥墊排水的滲流計算圖由此可得EODBA段的單寬流量：下游棱體排水：當(dāng)下游無水時和褥墊式相同；當(dāng)下游有水時，如下圖所示，可將下游水位以上部分按照無水情況處理。單寬流量為：有棱體排水時滲流計算圖2.心墻壩的滲流計算心墻土料的滲透系數(shù)一般很小，比壩殼小倍以上，計算時可不考慮上游楔體降落水頭的作用。下游壩殼的浸潤線比較平緩，水頭主要集中在心墻部位損失。當(dāng)下游有排水時，近似的假定浸潤線的逸出點為下
5、游水位和堆石內(nèi)坡的交點A，如下圖所示。心墻壩的滲流計算將心墻簡化成等厚的矩形斷面:則通過心墻段的單寬流量為：心墻下游壩殼的單寬流量為：根據(jù)聯(lián)立求解，可求得心墻后浸潤線高度和滲流量。下游壩殼的浸潤線仍按計算。3.斜墻壩的滲流計算斜墻壩滲流計算將變厚度的斜墻簡化成為厚度為的等厚斜墻，這樣通過斜墻的滲流量為：斜墻后壩殼的滲流量為：由聯(lián)立求解可得q和h。壩體的浸潤線方程仍為：三流網(wǎng)法適用：剖面、邊界條件復(fù)雜，用計算方法比較困難時流網(wǎng)繪法：根據(jù)經(jīng)驗確定浸潤線位置及逸出點將上、下游水位差分為n等分，等分水平線與浸潤線交點即等勢線與浸潤線的
6、交點，由這些交點繪制等勢線繪制與等勢線正交的流線。反復(fù)修正為相互正交、長寬相等網(wǎng)格，即流網(wǎng)由流網(wǎng)求滲流要素流網(wǎng)的繪制（一）滲流要素計算滲流場內(nèi)任一點i的流速，可用i點所在網(wǎng)格的平均流速來代表：其中，k為土壤滲透系數(shù)；為i點所在網(wǎng)格相鄰兩根等勢線之間的平均流線長度；為兩根等勢線之間的水頭差，H1、H2為上下游水頭；n為等勢線的數(shù)目。因而：流管的流量為：式中為i點所在的網(wǎng)格相鄰流線之間的距離，即i網(wǎng)格的高度，如為正方形,此時：根據(jù)流網(wǎng)性質(zhì)，在正交曲線簇組成的流網(wǎng)中，個流管的滲流量應(yīng)該相同：，于是單寬流量為：單寬流量為：作用在I處單
7、位土體的滲透力為：式中：m為流管數(shù)，其值為流線總數(shù)減去1。(二）不同土層分界處的流網(wǎng)滲流通過兩種不同土壤的交界面，其流線和等勢線將發(fā)生轉(zhuǎn)折，按照連續(xù)條件，通過相鄰兩流線的流量不變：AA1、BB1為等勢線，假定此時兩等勢線之間的水頭損失為dh，則：不同土層界面處的流線（三）各向異性土體內(nèi)的流網(wǎng)受施工與沉積因素影響，壩身、壩基的水平向滲透系數(shù)一般大于豎直向，若達幾倍以上則應(yīng)考慮土體的各向異性。在繪制流網(wǎng)時，先變換實際剖面，水平尺寸按換算，然后在變換的剖面上按一般方法繪制成網(wǎng)，最后將該剖面及流網(wǎng)的水平尺寸乘以，即可得實際剖面的流網(wǎng)。
8、幾種不同類型土石壩的流網(wǎng)圖如下：（a）（b）（c）不同類型土石壩的流網(wǎng)圖（a）均質(zhì)壩；（b）粘土心墻壩；（c）粘土斜心墻壩四滲透穩(wěn)定的計算（一）滲透變形的形式管涌多發(fā)生在缺乏中間粒徑的非粘性土中，細(xì)顆粒先被滲流帶走，土的孔隙逐漸增大，繼而較大顆粒相繼帶出，形成挾沙滲流集中通道
