土石坝第2部分.ppt

4-1
一、土石坝渗流分析的目的(任务):
1、确定坝体浸润线及其下游逸出点的位置,绘制坝体和坝基内的流网图,为稳定分析、应力应变分析及排水设备选择提供依据;
2、确定坝体与地基渗流量,以便估计水库渗漏损失并校核坝的排水尺寸;
3、确定渗在下游坝坡或地基出逸处的渗透坡降以及渗流场内不同土层之间的渗透坡降,以便验算抗渗稳定性;
4、确定库水位骤降时上游坝壳内自由水面位置,以便计算孔隙水压力,供上游坝坡稳定分析用。
第四节渗流分析
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二、土石坝渗流计算的方法:
流网法;
有限单元法;
电拟试验法:
用电流场模拟渗流场,通过试验测定渗流流网。
水力学方法:
在平面渗流条件下的一种近似方法,它用达西定律,并假定沿任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。
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不透水地基上矩形土体渗流问题的水力学解:
假设渗流缓慢,沿任一铅直过水断面内各点的渗透坡降J相等,k为渗流系数,则
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不透水地基上矩形土体渗流问题的水力学解:
由达西定理得→(1)
移项后得单宽流量表达式
将(1)式从上游面(x=0,y=H1)到下游面(x=x,y=y)积分得浸润线方程
将(1)式从上游面(x=0,y=H1)到下游面(x=L,y=H2)积分得:
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(一)不透水地基上土石坝的渗流计算
→简化为平面问题分若干区,对每个区按连续条件求解。
⒈均质坝
(1)下游无排水或设贴坡排水;
(2)下游设有褥垫排水的情况或下游设有棱体排水且下游无水的情况;
(3)下游设有棱体排水且下游有水的情况。
⒉心墙坝
⒊斜墙坝
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(1)均质坝下游无排水或设贴坡排水情况:
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计算时将土坝断面分为三段:上游三角形段AFM(用高为H1,宽为△L的矩形EOFA代替)、中间段AFB″B′、下游三角形段B″B′N,对每个区按连续条件求解。
将上游矩形EOFA和中间段AFB″B′合成一段EOB″B′,利用和矩形土体类似的方法(从(x=0,y=H1)到(x=L′,y=a0+t))积分,可得通过该区的渗流量:
(1)
浸润线方程为(2)
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下游三角形段B″B′N属急变流,以下游水面为准作水平线,将其分为三角形BB′C和梯形B″NBC两部分,将流线近似视为水平线,按渐变渗流可得其单宽流量
(3)
根据渗流连续性条件:q=q1=q2,联立求解式(1)和(3),可求得a0及q ,将q代入式(3)则可得浸润线方程并绘制浸润线。
上游段EA′是不符合实际情况的应加以适当修正,使浸润线上端在A处与坝面正交,在A′点与浸润线相切,AA′B′曲线即为坝体浸润线。
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(一)不透水地基上土石坝的渗流计算:
1(2)均质坝下游设有褥垫排水的情况或下游设有棱体排水且下游无水的情况:
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计算时将浸润线近似看作是以排水起点D为焦点且通过E点的抛物线;由于排水设施中渗透系数远大于坝体渗透系数,可认为排水体内无渗流水头损失。
设C点的坐标为(L+he/2,0),利用抛物线上各点到焦点D(L,0)的距离与到准线(x=L+ he/2+ he/2)的距离相等的原则,可得浸润线方程(1)
(1)