教学课件：第五章土石坝1教程.ppt

《教学课件：第五章土石坝1教程.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学课件：第五章土石坝1教程.ppt（100页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第五章 土 石 坝,什么是土石坝？利用坝址附近的土石料填筑（碾压或夯实）而成的挡水建筑物。亦称当地材料坝。历史久远：公元前600多年，我国开始填筑土堤，防御洪水，蓄水兴利。如：安徽芍陂、浙江海塘等。解放后至今，我国内已建成的八万多座水坝，土石坝约占90%左右。国际上：古印度、古埃及等，也很早开始修建土坝。,第一节 概 述,安徽寿县芍陂，淮河流域著名古陂塘灌溉工程,芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至二十三年（公元前598年公元前591年）由孙叔敖创建（一说为战国时楚子思所建），迄今2500多年一直发挥不同程度的灌溉效益。1959年，安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地

2、方，发掘出一座汉代（公元前206年公元220年）水利工程（草土堰）遗址，伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。芍陂主要水源是淠河，芍陂灌区面积，在公元4世纪公元13世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法。自古来芍陂工程的人为破坏严重，多次受到战争波及，以致到民国年间，芍陂灌溉效益越来越低，1949年实灌面积仅8万多亩，现为淠史杭灌区的一个反调节水库。,第一节 概 述,浙江省鄞县它山堰,它山堰是甬江支流鄞江上修建的御咸蓄淡引水灌溉枢纽工程。位于浙江省宁波市西南，唐代大和七年（公元833年）由县令王元玮创建。筑堰前，海潮可沿江上溯章溪，因海水倒灌使耕田卤化，城市用水困难。在鄞江上游出山处的四明山与

3、它山之间，用条石砌筑一座上下各36级的拦河溢流坝。坝顶长42丈，用80块条石板砌筑而成，坝体中空，用大木梁为支架。这座坝平时可以下挡咸潮，上蓄溪水，供鄞西平原七乡数千顷农田灌溉，并通过南塘河供宁波城使用。为防止洪水涌入城市。宋代（公元960年公元1279年）至清代（公元1644年公元1911年）时都对工程进行维修。明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（坝）顶1尺，清代咸丰七年（公元1857年）曾进行较大修治。公元1914年清理堰上淤积，使水道通畅。目前所见它山堰顶长134.4米，堰顶宽4.8米，堰身大部分埋在沙土下，已无引灌作用。1987年定为全国重点保护文物。,第一节 概 述,它 山 堰,

4、苏州海塘,钱塘江海塘,第一节 概 述,土石坝优点：就地取材，节省三材；筑坝经验丰富；对地形、地质条件适应性强；施工技术简单；便于维修、加高、培厚和扩建。因此，在国内外应用十分广泛。据统计，国内已建成的八万多座水坝，土石坝约占90%左右。,第四章 土 石 坝,特别是最近十几年以来，随着大型高效的土石方施工机械的采用，岩土力学理论和电子计算机技术在土石坝设计中的广泛使用，为建筑高土石坝提供了有利条件，土石坝得到了飞跃发展，成为当今世界上坝体高度最高、应用最广泛的坝型。目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石坝，坝高335m。我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高154m，在建的水布垭面板堆石坝

5、高达233m。在本世纪，我国将发展更高的土石坝。,第一节 概 述,第四章 土 石 坝,世界最高坝罗贡坝,世界最高的土石坝，也是世界最高坝，工程于1975年开工，1989年完工，位于塔吉克国和国阿姆河支流瓦赫什河上。工程主要任务是灌溉与发电。最大坝高335米，坝顶长660米，坝顶宽20米，底宽1500米。坝体体积7550万立方米。水库库容133亿立方米。水电装机360万千瓦。,埃及尼罗河上的大型水利工程 阿斯旺高坝 阿斯旺高坝位于开罗以南约700公里。工程于1961年开工，1970年竣工。大坝采用粘土心墙堆石坝，高111米，顶宽40米，底宽980米，坝顶长3830米。阿斯旺大坝在粘土心墙内布置灌

6、浆和廊道是大胆创新，廊道净宽35米，高5米，为钢筋混凝土结构。水库总库容为1689亿立方米。枢纽建筑物包括大坝、引水工程和电站。电站装机容量为210万千瓦。阿斯旺水库具有灌溉、水力发电和防洪等作用。,密云水库（土坝）,岳城水库,水布垭水库（湖北清江）,小浪底 参数,水布垭,施工中的水布垭水库,一、土石坝的工作特点,1坝体、坝基的透水性挡水时：由于上、下游水位差的作用，水将经坝体和坝基的颗粒孔隙向下游渗透。1）使水库的水量大量流失；2）而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流 土等渗透变形，导致溃坝事故。以坝体浸润线为界，线上的土为非饱和状态，线下土体则呈饱和状态。饱和土体，其抗剪强度指标也将相应降低

7、，对坝坡稳定不利。为此，应设置防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失和保证坝坡的稳定性。,第一节概 述,2土石坝的局部失稳定破坏形式 土石坝是松散的土石料填筑，坝体剖面需要做成上、下游边坡较平缓的梯形断面。由于由松散颗粒组成，其失稳是以局部坝坡坍塌的形式出现。当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时，在渗透压力和土体上部重力的作用下，局部坝坡土体（包括坝基土体）将向坡外滑移，简称滑坡。为了保持坝坡稳定，需设置较平缓的上、下游坝坡。因此，应根据地形、地质条件和筑坝材料等因素选择适宜的坡。使坝体：保证安全稳定、经济合理。,第一节 概 述,一、土石坝的工作特点,3抗冲性能差 坝体材料是松散的颗粒：当洪水漫

8、过坝顶时，水流必然会携带土粒流失，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。例如，1975年8月，我国淮河上游两座土坝，因溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。由于波浪的作用，必然导致坡面土料的流失和坍塌，削弱坝体剖面尺寸，对坝体稳定不利。设计中，要求：1）坝体应有足够的超高 2）坝坡应有相应的防冲措施。3）保证泄洪措施有足够的泄洪能力。,第一节概 述,4坝体沉陷量大坝体材料是松散的颗粒：由于坝体土料、石料之间的孔隙存在，坝体是可压缩的。尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实，但坝体的沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时，沉陷值将更大。过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程；而不均匀的沉陷将使坝体产生纵向、横向和

9、各种走向的裂缝，危及坝身安全。观测资料表明，竣工后的坝体沉陷仍可达到坝高的0.5%1.0%左右。因此，在设计坝顶高程时应适当考虑预 留沉陷值(1.0%)H。,第一节 概 述,二、土石坝的类型,土石坝的类型，从不同的角度有不同的分类方法。下面主要按施工方法、筑坝材料和坝体防渗型式进行分类。1按筑坝材料分类 按筑坝材料分类:分为:1)土坝 2)土石混合坝 3)堆石坝。(坝体绝大部分由土料筑成时称为土坝；绝大部分由石料筑成时称为堆石坝；由土石混合堆筑时称为土石混合坝。),2按施工方法分类1）碾压式土石坝 碾压式土石坝是由适宜的土石料分层填筑，并用压实机械逐层碾压而成的坝型。近二十多年来，随着大型碾压

10、机械的采用，使得这种坝型得到最广泛的应用。本章将重点介绍这种坝型的设计。2）水力冲填坝 水力冲填坝是利用水力和简易的水力机械完成土料开采、运输和填筑等主要工序而筑成的坝型。具体地说，是用高压水枪驱动高压水流向料场的土料喷射冲击，,第一节概 述,二、土石坝的类型,使之成为泥浆，然后通过泥浆泵和输浆管把浆液输送到坝体预定位置分层淤积、沉淀、排水和固结后形成的坝型。我国西北地区创造的水坠坝与这种坝型的施工原理相似，其料场位于坝顶高程以上的山体，泥浆输送是利用浆液的重量经沟渠自流到坝面，因而有学者也把水坠坝归类为水力冲填坝。这种坝型因施工质量难以保证.3）水中填土坝 水中填土坝是将易于崩解的土料分层倒

11、入静水中，依靠土体自身重量和运输工具压实而成。施工时，一般在施工仓面上用堤埝围埂分格，并在格中灌水倒土逐层填筑。,第一节 概 述,二、土石坝的类型,4）定向爆破土石坝 这种坝型是在坝肩山体的预定位置开挖洞室，埋放炸药，引爆后使土石料按照物体平抛运动的轨迹抛到预定的设计位置，完成大部分坝体填筑，再经过加高修复而形成的坝型。这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造成坝址附近地质构造破坏等方面问题，因而，一般采用较少。我国已建成这种土坝或堆石坝约有40余座，最高的有陕西石砭峪水库大坝，坝高82.5m，广东乳源南水电站的主坝，坝高81.3m。,第一节概 述,二、土石坝的类型,1）均质坝：均质坝绝大部分由均一

12、的土料分层填筑而成。筑坝料多用透水性较小的粘性壤土或砂质粘土，坝体具有防渗作用。因此，无需设置专门的防渗措施，如图5-1(a)所示。2）土质防渗体分区坝：由透水性很小的土质防渗体和若干种透水土石料分区分层填筑而成。粘性土质防渗体设在坝体中部或上游，称为粘土心墙坝或粘土斜心墙坝，如图5-1(b)、(c)、(d)；设在坝体上游面的称为粘土斜墙坝，如图5-1(e)、(f)、(g)。,第一节概 述,3按防渗体的型式分类按防渗设施可分为均质坝、土质防渗体分区坝和非土质材料防渗体坝(碾压式)：,3）非土质材料防渗体坝 这种坝型的防渗体一般由钢筋混凝土、沥青混凝土或其他非土质材料做成。其中防渗体布置在坝体中

13、央附近的称为心墙坝，如图5-1(h)；防渗体布置在上游面的称为面板土石坝，如图5-1(i)。在堆石坝中，一般将防渗体设在上游坝面，又称面板堆石坝。,第一节概 述,此外，还有其他型式的分区坝，如坝体上游部分为防渗土料，下游部分为透水土料的分区坝等等，如图5-1(j)所示,二、土石坝的类型,图5-1 碾压式土石坝的类型,第一节 概 述,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,土石坝的剖面设计：影响因素：1）坝址附近的土石料分布状况（包括土石料的种类、性能、储量、运距等）；2）坝址的地形地质条件；3）运行要求和施工条件等；参照已建工程，初拟剖面的尺寸，然后计算和修正，使之成为安全、经济、合理的剖面。土石坝剖面

14、包括坝顶高程、坝顶宽度和坝坡。,第二节 剖面尺寸,一、坝顶高程 坝顶高程应为水库静水位加坝顶超高，坝顶超高可按式（5-1）计算图 5-2 坝顶超高计算图（5-1）式中 坝顶超高，m；最大波浪在坝坡上的爬高，m；安全加高，m，按表5-1采用；最大风雍水面高度，m，按式（5-2）计算。,y=R+e+A,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,图 5-2坝顶超高计算图,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,（5-2）,式中 综合摩阻系数，其值在（1.55.0）10-6之间，计算时一般取3.610-6；D 风区长度（m）；坝前风区水域平均水深（m）；计算风向与坝轴线法线的夹角（）；计算风速

15、（m/s），正常运用情况，1、2级坝，取=（1.52.0），3、4级坝取1.5；非常运用情况，取=。为坝址多年平均最大风速。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,波浪爬高：指波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（从风雍水面起算），其值以蒲田公式计算为宜。采用蒲田公式计算波浪爬高应首先计算平均爬高，再按表5-2换算所需概率的爬高。当坝坡的单坡系数 1.55.0时，平均爬高可按式（5-3）计算（5-3）式中 坝面糙率系数，按表5-3选用；经验系数，按表5-4选用；,=,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,平均波高和平均波长（m），计算方法见第二章；坝坡系数，当静水位附近变坡且设马道时，应采用折算坡度系数 代替，折算

16、坡度，、为变坡处马道以上、以下坝坡系数。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,求出 后，按工程等级选用设计累计频率(%)(对I级土石坝取；对IVV级坝取)，并由 值查表5-2，求得设计爬高值。当风向线与坝轴线的法线成夹角时，波浪爬高 应有所降低。因此，应将爬高值 乘以风向折减系数 后作为设计值，值按表5-5选用。对于小型的土石坝，波浪爬高可按式（5-4）近似计算。（5-4）式中 波高（m），可按官厅公式计算；静水位坝面坡角（）。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,对有防渗体的土石坝，防渗体顶部的超高，并预留竣工后沉降量。具体要求是：正常运用情况，心墙坝超高值取0.30.6m

17、，斜墙坝取0.60.8m；非常运用情况，防渗体顶部应不低于相应的静水位。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,当坝顶上游侧设有稳定、坚固和不透水且与防渗体紧密接合的防浪墙时，坝顶高程可用防浪墙墙顶的高程；但此时在正常运用情况下，坝顶最少应高出相应的静水位0.5m；在非常情况运用情况下，坝顶应不低于相应的静水位。最后指出：确定坝顶高程应分别按正常运用和非常运用情况计算，取其最大值作为设计坝顶高程。当坝址地震烈度大于6度时，应考虑地震影响。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,二、坝顶宽度 坝顶宽度取决于：交通：当坝顶有交通要求时，应按交通部门的 有关规定执行。防汛抢险：车辆运输

18、、人员工作等。施工：碾压机械宽度 其他专门性要求；对于高坝，坝顶宽度可选用1015m，对于中、低坝，可选用510m。一般情况下：顶宽 Tm=0.1H,三、坝坡土石坝的坝坡主要取决于：坝型、坝高、坝基和坝体材料性质以及工作条件等因素；一般可参照已建工程初步拟定，然后由坝坡稳定计算确定合理的坝坡。规律：碾压式土石坝陡于水力冲填、水中填土坝；非粘性土分区坝陡于粘土均质坝坝坡。下游坝坡陡于上游坝坡。岩基坝坡陡于土基坝坡。坝的上部陡于下部。由上向下逐级变缓。每高差约1520m，变化不宜大于0.250.50；常用坝坡一般取1:2.01:4.0。见表5-6。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,第二节 土石坝剖面

19、的基本尺寸,注：表中坝壳部分边坡变化范围可根据不同土质选用，土质较好可用较陡值。心墙部分边坡变化范围根据塑性材料透水性的强弱选用，透水性弱者可用陡值。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,另外：为了方便检修、观测和拦截雨水，土石坝一般在下游坝面变坡处设置一定宽度的马道；并在马道上游面设排水沟。马道：也称纤道 它的宽度视其用途而定，一般取1.52.0m。均质坝和土质防渗体分区坝上游坝面宜少设马道，非土质防渗体面板坝上游不宜设马道。排水沟：排除雨水，横纵向布置。,第二节 土石坝剖面的基本尺寸,第四章 土石坝,概述 土石坝剖面的基本尺寸土石坝渗流分析土石坝的稳定计算土料选择与填土标准确定土石坝构造土石坝的

20、地基处理土石坝与地基、岸坡及其它建筑物连接,第三节 土石坝的渗流分析,一、概述 在土石坝中，渗透水流对坝体、坝基的渗透破坏，危害性更大，因渗透破坏属于隐蔽性破坏，常不易被发现。如发现和抢修不及时，将会导致难予补救的严重后果。1渗流分析的主要任务 土石坝剖面基本尺寸和防渗排水设施初步拟定后，必须进行渗流分析，并通过分析求得渗流场的水头分布和渗透水力比降，为坝坡安全性和渗流稳定性评判提供依据。渗流分析的主要任务是：,第三节 土石坝的渗流分析,1）确定浸润线位置:为坝坡稳定计算和布置坝内观测管提供依据，根据浸润线的高低，选择排水设施型式和尺寸。2）确定渗透比降（坡降）：确定坝坡渗流逸出点和下游地基表

21、面的渗透比降和不同土层的渗透比降，评判该处的渗透稳定性，以便确定是否应采取有效的防渗反滤保护措施。3）确定坝体与坝基的渗流量：估算水库的渗漏损失，以便加强防渗措施，把渗流量控制在允许的范围内。,第三节 土石坝的渗流分析,2渗流分析方法渗流分析：解析法、流网法、电模拟法和数值法。(1)流体力学法 流体力学法是根据已知的定解条件，如初始条件和边界条件，求解渗流的基本微分方程（拉普拉斯微分方程），从中得到精确的渗流要素（包括流速、比降和渗透压力）。此法立论严谨，计算成果精确，但只能求解边界条件简单的渗流问题，不便应用于边界条件复杂的实际工程。然而，利用它对某些简单边界问题的解析成果与水力学方法结合起

22、来，可提高水力学法的计算精度。,第三节 土石坝的渗流分析,（2）水力学法这是近似的解析法，但必须基于以下基本假设：1）假设渗透系数K在同一或相近的土料中各向同性；2）假设坝体内部渗流为层流，认为坝内渗流符合达西定律；3）假设坝体内部渗流为渐变流（杜平假定），认为渗流场中任意过水断面各点的水平流速和比降都是相等的。这种方法不完全符合拉普拉斯方程，因而不能精确求出任一点的水力要素。但其所确定的浸润线、平均流速、平均比降和渗流量，已能满足（级）土石坝工程的精度要求。,第三节 土石坝的渗流分析,（3）数值解法渗流计算的数值解法一般采用有限单元法。有限单元法是目前解决复杂渗流问题的最有效方法，对I、II

23、级坝和高坝应采用数值法计算渗流场的要素。（4）流网法用手工绘制流网，利用流网求解平面渗流问题的水力要素，也可用来解决较复杂的边界问题。,第三节 土石坝的渗流分析,二、渗流分析的水力学法 水力学法土石坝渗流分析的基本思路是：把坝内渗流区域划分为若干段（一般为两段），建立各段水流的运动方程式，并根据渗流的连续性原理求解渗流要素和浸润线。另外，考虑到工程实际情况的坝体和坝基渗透系数的各向异性，而在采用水力学法进行渗流分析时又需把渗透系数K视为常量。碾压式土石坝设计规范规定：渗透系数K:计算渗流量时，宜采用大值平均值；计算水位降落时的浸润线宜采用小值平均值。K相差5倍以内的土层可视为同一种土层，其渗透

24、系数由加权平均计算。,三、渗流计算类型,矩形渗流区无压渗流分析不透水地基均质坝的渗流计算下游无排水（贴坡排水）设施情况下游有褥垫式排水设施情况下游有堆石棱体排水设施情况有限深度透水地基土石坝的渗流计算均质坝有截水墙的心墙坝渗流计算设有截水墙的斜墙坝渗流计算设有水平铺盖的斜墙坝渗流计算4.总渗流量的计算,第三节 土石坝的渗流分析,矩形渗流区无压渗流分析简图,第三节 土石坝的渗流分析,1不透水地基均质坝的渗流计算 严格地讲，绝对不透水的坝基是不存在的。当坝基渗透系数小于坝体渗透系数的百分之一时，视坝基为相对不透水地基。计算时一般取单位坝长作为分析对象。（1）下游无排水（贴坡排水）设施情况 对上游坝

25、坡，斜面入流的渗流分析要比垂直面入流复杂得多。而电模拟试验结果证明，虚拟适宜位置的垂直面代替上游坝坡斜面进行渗流分析，其计算精度误差不大。为简化计算，在实际分析中，常以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形,第三节 土石坝的渗流分析,（图5-3(a)）虚拟矩形宽度按式（5-5）计算:（5-5）式中:m1 上游坝面坡度系数，变坡时平均值 H1 上游水深。,图5-3 不透水地基均质土坝渗流计算图,第三节 土石坝的渗流分析,无排水设施均质坝渗流分析的思路是以渗流逸出点为界把坝体分为上、下游两部分，分别列出各部分的流量表达式，并根据流量连续性原理，求出相应的未知量（q、a)。1）上游段分析（图5-4(a)）

26、根据达西定律，通过浸润线以下任何单宽垂直剖面的渗流量q为 移项积分（积分区间从0至x）可得：（5-6）同理，积分区间从EO断面至逸出点CC断面可得:,第三节 土石坝的渗流分析,（5-7）2）下游段分析，以下游水面为界把下游段三角形坝体分为水上、水下两部分。为简化起见，采用新的坐标系如图5-4(b)所示。水面以上坝体的渗流量q为:(a)水面以下坝体渗流量为:(b)两式相加（）得:,第三节 土石坝的渗流分析,（5-8）根据流量连续性原理，对式（5-7）和（5-8）联解就可求出未知量和联解时可把代入式（5-7），浸润线按式5-6计算。图5-3 均质土坝渗流计算图,第三节 土石坝的渗流分析,3）讨论分

27、析当下游无水时，把 H2=0 代入(5-8)得:(5-9)当下游无排水设施且下游无水时,可由式（5-7)）和(5-9)联解求出q和a0,浸润线仍按式（5-6）计算。注意：在渗流进口段应作适当修正，浸润线起点应与坝面点正交，末点与原浸润线相切，中间修改成曲线，如图5-3所示。,第三节 土石坝的渗流分析,证明，褥垫排水的坝体浸润线为一抛物线，抛物线的焦点在排水体上游起始点，焦点在铅直方向与抛物线的截距为,至顶点的距离为，由此可得：（5-10）把(5-10)代入基本方程式(5-6)得浸润线方程:（5-11）把边界条件、代入(5-11)式，即可求得:,第三节 土石坝的渗流分析,（5-12）（3）下游有

28、堆石棱体排水设施情况:当下游有水时，如图5-4(b)所示。为简化计算，以下游水面与排水体上游面的交点B为界把坝体分为上、下游两段，取上游OA断面和B点断面分析，分别列出两断面之间的平均过水断面积和平均比降，由达西定律可导出渗流量为：（5-13）把下游水面看为地基，取 代替H1，并注意 的关系，由此可直接按褥垫式排水情况的公式导出:,图5-4 均质土坝渗流计算图(a)有水平排水时；（b）有棱体排水时,第三节 土石坝的渗流分析,（2）下游有褥垫式排水设施情况 褥垫排水情况如图5-4（a）所示，这种排水施在下游无水时排水效果更为显著。由模拟实验其浸润线仍可按5-6式计算。讨论：当下游无水时，令H2=

29、0 代入式（5-13）将得到与式（5-10）和式（5-12）完全相同公式因此，下游无水的堆石棱体褥垫式排水相同。,第三节 土石坝的渗流分析,2有限深度透水地基土石坝的渗流计算（1）均质坝 对于透水地基上的均质坝，分析时：把坝体与坝基分开考虑，即先假设地基为不透水的，由上述方法计算坝体的渗流量q1和浸润线（用q1代替q）;然后再假定坝体为不透水，计算坝基渗流量q2，将 q1+q1可得坝体和坝基的流量。当有棱体排水时（图5-5），因地基产生渗流使得浸润线有所下降，可假设浸润线在下游水面与排水体上游面的交点进入排水体（即h0=H2 a0=0），则通过坝体的渗流量 可表达为：,第三节 土石坝的渗流分析

30、,通过坝基的渗流量q2可表达为:(d)坝体、坝基的单宽渗流总量q为：(5-14)式中:坝基土料渗透系数;T 透水层厚度；L0见图；n坝基渗径修正系数，表5-8,第三节 土石坝的渗流分析,表5-8 系数n 表,浸润线仍按式(5-6)计算，此时应将渗流量q 用坝体渗流量q1代替。（5-6）（2）有截水墙的心墙坝渗流计算有限透水深度地基的心墙坝，一般可做成有截水墙的防渗形式（图5-6）。计算时假设上游坝壳无水头损失（因为坝壳土料为强透水土石料），,第三节 土石坝的渗流分析,心墙上游面的水位按水库水位确定。因此，只需计算心墙、截水墙和下游坝壳两部分。分析时，可分别计算通过心墙和下游坝壳的渗流量，并根据

31、流量连续性原理求出渗流单宽流量 q和下游坝壳在起始断面的浸润线高度he。图5-6 设截水墙的心墙坝渗流计算图,第三节 土石坝的渗流分析,心墙和截水墙的渗流量计算，由于心墙和截水墙的土料一般都采用同一种土料，为简化计算，取心墙和截水墙的平均厚度代替变截面厚度，渗流量可按下式计算:下游坝壳的渗流量，参照均质坝公式，并假定浸润线在下游水位与排水设备上游面的交点进入排水体，可导出渗流量表达式：根据流量连续，联解以上两式可求得 q 和 he,3、设有截水墙的斜墙坝渗流计算,把斜墙和截水墙与下游坝体和坝基分别进行计算。并取斜墙和截水墙的平均厚度为e、，则通过斜墙、截水墙的渗流量可按下式计算:通过下游坝体和

32、坝基的渗流量可按(5-21)式计算:联解以上两式，可求出q、he。,第三节 土石坝的渗流分析,图5-7 带截水槽的斜墙坝,第三节 土石坝的渗流分析,4、设有水平铺盖的斜墙坝渗流计算（图5-9）：相对而言，铺盖斜墙土料的渗透系数要比坝体和坝基土料小（1/100）。可以坝体浸润线起始点（A、B断面）为界分为上、下游两段分析。,第三节 土石坝的渗流分析,通过上游段的渗流量：通过下游段的渗流量：联解以上两式，可求出q、he。,4总渗流量计算,计算总渗流量时，根据坝址地形和透水层厚度情况以及坝体结构，沿坝轴线方向将坝体分成若干坝段（图5-9），分别计算各坝段的平均单宽渗流量，则通过坝体和坝基的总渗流量可

33、按下式计算：,第三节 土石坝的渗流分析,第三节 土石坝的渗流分析,四、流网法在稳定渗流的情况下，渗流场内充满运动的水体质点，这些质点的运动轨迹，称为流线；同时：渗流场中还存在着许多势能相等的点，把它们连接起来构成的曲线，称为等势线。渗流场由这两束曲线构成的网络，称为流网。手工绘制流网一般采用试绘、修正的方法，试绘时首先按类比或凭经验初定浸润线位置，然后在浸润线与不透水层之间绘出逐渐变化并在进出口与边界垂直的若干条流线；再将浸润线分为若干个合适的等水头差的间隔，通过分割点画出若干条等势线，并按流网的基本性质不断修改流线和等势线，使等势线与流线组成曲线正交方形网格，如图5-10所示。,图5-10

34、流网的绘制,第三节 土石坝的渗流分析,五、土石坝的渗透变形及其防止措施土石坝在渗流的作用下可能发生渗透变形，造成坝脚产生渗透破坏，甚至会导致工程失事。,1渗透变形的型式土体渗透变形的型式通常可归纳为管涌、流土、接触冲刷与接触流失等四种类型。,（1）管涌管涌是在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从骨架孔隙中连续移动和流失的现象。,（2）流土流土是在渗流作用下，土体从坝基表面隆起、顶穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象。,第三节 土石坝的渗流分析,（3）接触冲刷接触冲刷是当渗流沿两种不同的土层接触面流动时，沿层面夹带细小颗粒流失的现象，一般发生在两层级配不同的非粘性土中。（4）接触流失接触流失是渗流沿层

35、次分明、渗流系数相差悬殊的两相邻土层的垂直面流动中，将渗透系数较小土层中的细小颗粒带入渗透系数较大土层中的现象。,第三节 土石坝的渗流分析,2渗透变形计算（1）产生管涌和流土的临界比降计算：1）管涌的临界水力比降计算：管涌临界水力比降的理论研究至今尚不成熟，对于中、小型工程，当渗流自下而上时，非粘性土发生管涌的临界水力比降可参照下式计算：或2）流土的临界水力比降计算：,第三节 土石坝的渗流分析,（2）管涌和流土的判别方法粘性土不会产生管涌，无需判别，对于无粘性土，管涌与流土应根据土的细小颗粒含量按公式（5-28）判别：管涌 流土 对于不均匀系数大于5的不连续级配土也可采用式（5-29）判别：管涌 Pc25%流土 Pc35%中间为过渡型。,第三节 土石坝的渗流分析,3防止渗透变形的工程措施（1）设置垂直或水平防渗设施：拦截渗透水流，延长渗径，消刹水头，达到降低渗透比降的目的。（2）设置排水设施垂直和水平：减压井、排水渠、贴坡、棱体排水（3）盖重压渗措施（4）设置反滤层反滤层是提高坝体抗渗破坏能力、防止各种渗透变形特别是防止管涌的有效措施。在防渗体渗流出口处，如不符合反滤要求，必须设置反滤层。,第三节 土石坝的渗流分析,