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类型土石坝渗流分析课件.ppt

  • 上传人(卖家):晟晟文业
  • 文档编号:4752041
  • 上传时间:2023-01-07
  • 格式:PPT
  • 页数:29
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    关 键  词:
    土石 渗流 分析 课件
    资源描述:

    1、1/7/202313 3 土石坝渗流分析土石坝渗流分析一、概述二、水力学法 三、流网法四、渗透变形及防止措施1/7/20232一、渗流分析概述一、渗流分析概述u检验坝的初选形式与尺寸,确定渗流力以核算坝坡稳定u进行防渗布置与土料配置,根据坝内的渗流参数与逸出坡降,检验土体的渗流稳定,防止发生管涌和流土,确定坝体及坝基中防渗体和排水设施。u确定通过坝及两岸的渗流量并设计排水系统的容量1/7/20233u确定坝体浸润线及下游出逸点的位置,绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图;u确定坝体与坝基的渗流量;u确定坝体出逸段与下游坝基表面的出逸坡降,以及不同土层间的渗透比降;u确定库水位降落时上游坝坡内

    2、的浸润线位置或孔隙压力;u确定坝肩的等势线、渗流量或渗透比降。1/7/20234u上游正常蓄水位与下游相应的最低水位;u上游设计洪水位与下游相应的水位;u上游校核洪水位与下游相应的水位;u库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。渗流计算应考虑坝体和坝基渗透系数的各向异性。计算渗流量时宜采用土层渗透系数的大值平均值,计算水位降落时的浸润线宜采用小值平均值。对1、2级坝和高坝应采用数值法计算确定渗流场各因素,其它可采用公式计算。岸边的绕坝渗流和高山峡谷的高土石坝应按叁维渗流用数值法计算。1/7/20235 土石坝的渗流为无压渗流,有浸润面,可视为稳定层流,满足达西定律,简化为平面问题。水位急降时产生

    3、不稳定流,需考虑浸润面随时间变化对坝坡稳定的影响。达西定律:xHkJkvxxxyHkJkvyyy连续条件:0yxyxvv二维渗流方程:0yx2222HkHkyx分析法:流体力学法、水力学法、图解法和试验法,最常用的是水力学法和流网法(图解法)。1/7/20236 将坝内渗流分成若干段(即分段法),应用达西定律和杜平假定(假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等),建立各段的运动方程,根据水流连续性求解流速、流量和浸润线等。二、水力学法二、水力学法u土料均一,各向同性u渗流属稳定流u看作平面问题u渗流看作层流u渗流符合连续定律1/7/20237平均流速:单宽流量:xykyqyvxykkJv自上游

    4、面(x0,y=H1)至下游面(x=L,y=H2)积分得:LkqHH22221LHHkq2)(2221xkqyH2221积分(*),可得浸润线方程:(*)()1/7/20238(一)不透水地基上均质土坝的渗流计算1、均质坝的渗流计算 20世纪20年代前苏联学者提出,以浸润线两端为分界线,将均质土坝分为3段:上游楔形体、中间段和下游楔形体,分别列出计算公式,再根据水流连续原理求解,称为“三段法”。1/7/2023911121HmmL下游无排水 用一个等效矩形体代替上游楔形体,把此矩形体与原三段法的中间段和而为一,成为第一段,下游楔形体为第二段。虚拟上游面为铅直的,距原坝坡与设计水位交点A的水平距离

    5、为L 上式根据流体力学和电拟试验得到,式中m1为上游坝坡坡率;H1为坝前水深。1/7/202310 通过第一段EOBB的渗流量为:202112)(LtaHkq 第二段BB N,可以下游水面为界,分为水上和水下两部分,应用达西定律,可得通过第二段的渗流量为:)ln1(a0202ttamkq 根据水流连续条件qq1q2,联立以上两式,可求得a0和q。浸润线方程可以用()求得,求出后还应对浸润线进口进行修正:自A点引与坝坡AM正交的平滑曲线,曲线下端与计算所得的浸润线相切于A。坝体为贴坡排水对坝身浸润线位置没有影响,计算方法与下游无排水相同。1/7/202311下游有褥垫排水 根据流体力学计算表面,

    6、浸润线可由一通过E并以排水起点为焦点的抛物线来表示。焦点处的高度为he,抛物线的原点在排水起点后he/2处,可得抛物线的公式为:xhhee2yL221/7/202312 抛物线通过E(x=0,y=H1),代入可得eehh2HL221LHLhe212 代入流量公式,可得单宽流量:LHHkqe2)(2211/7/202313下游棱体排水 当下游无水时和褥垫式相同,下游有水时,可将下游水面以上部分按照无水情况处理。LtHLhe212)(LhHkqe2t2211/7/202314(二)心墙坝的渗流计算 心墙土料的渗透系数很小,比坝壳小10E4倍以上,可不考虑上游楔形体降落水头的作用。下游坝壳的浸润线也

    7、较平缓,水头主要在心墙部位损失。下游有排水时,可假定浸润线的出逸点为下游水位与堆石内坡的交点A。将心墙简化为等厚的矩形,(1+2)/2,则可求通过心墙段的单宽流量q1和心墙下游坝壳的单宽流量q2,联立求得心墙后浸润线高度h和q22211hHkqcLthkq22221/7/202315(三)斜墙坝的渗流计算 将斜墙简化为等厚的矩形,(1+2)/2,则可求通过斜墙的单宽流量q1和斜墙坝壳的单宽流量q2,联立求得h和qsin22211hHkqcLthkq22221/7/202316(四)有限深透水地基土石坝的渗流计算1、均质坝的渗流计算 均质坝透水地基深度为T,渗透系数为KT,坝体渗透系数为k,可将

    8、坝体和坝基分开计算。坝体部分按不透水地基计算。可假定坝体不透水,按下式计算坝基的渗流量:式中n为流线弯曲对渗径的影响,可查表。01TnLTHkq 1/7/2023172、心墙坝的渗流计算 透水地基上筑有混凝土防渗墙。渗流计算分防渗体段和墙后段两部分。通过防渗心墙和地基防渗墙的渗流量为:联立求得q和h。1/7/2023183、斜墙坝的渗流计算 有截水墙的斜墙坝计算分为斜墙截水墙和墙后坝体及地基两部分,分布用平均厚度代替变厚的斜墙和截水墙。斜墙和截水墙的渗流量q1和斜墙、截水墙后的渗流量q2,联立可求得q和h。ThHkhHkq1c221c1sin2TTLthkLthkq44.02T12221/7/

    9、202319u渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层,采用加权平均渗透系数;u双层结构坝基,如下卧土层较厚,且渗透系数小于上覆土层渗透系数的1/100,可将下层视为相对不透水层;u当透水层坝基深度大于建筑物不透水层底部长度的1.5倍以上时,可按无限深透水层情况估算。1/7/202320三、流网法三、流网法 复杂剖面和边界条件,用计算方法求解土石坝浸润线比较困难,且不准确。流网法可求出渗流区任一点的渗透压力、坡降、流速及渗流量。流网的概念:渗流场:渗流运动的水质点所充满的空间流 线:水质点运动的轨迹等势线:渗流场中势能相等的各点连线流 网:流线与等势线组成的网格1/7/202321流网的画法

    10、:浸润线和不透水地基的表面都是流线;上下游水下边坡都是等势线;下游边坡出逸点至下游水位既是等势线又是流线。出逸段和浸润线上各点压力均为大气压力。根据经验初拟浸润线位置及出逸点,然后将上、下游落差等分,等分的水平线与浸润线的交点即为等势线与浸润线的交点,由交点绘制与等势线,一端垂直浸润线,一端垂直于地基表面,然后绘制流线,反复修正。1/7/2023221/7/2023231/7/202324四、渗透变形及防止措施四、渗透变形及防止措施1、渗透变形:定义:土石坝及地基中的渗流,由于物理和化学作用,土体颗粒流失,导致土壤发生局部破坏,称为渗透变形。渗透变形及其发展过程与土料性质、颗粒级配及水流条件、

    11、防渗、排水措施等因素有关。2、常见渗透变形的型式:管涌、流土、接触冲刷、剥离、化学管涌等。管涌:在一定渗流作用下,土体中的细颗粒沿骨架颗粒所形成的孔隙管道移动或被渗流带走,发生于无粘性土中(沙砾料)。1/7/202325流土:指在渗流作用下,粘性土及均匀无粘性土体被浮动的现象。流土常见于下游逸出处。接触冲刷:渗流沿着两种不同介质的接触面流动时,把其中颗粒层的细粒带走。接触流土:渗流垂直于两种不同介质的接触面流动时,把其中一层的细粒,移入到另一层中去。例如反滤层的淤塞。化学管涌:指土体中的盐类被渗流水溶解带走的现象。1/7/202326渗透变形的判别:1、用土料的不均匀系数;2、用土体的孔隙直径与填料粒径之比;3、用土体的细粒含量来判别。1/7/2023271/7/2023283、渗透变形破坏标准及防止措施 土体在渗流作用下是否发生渗透破坏,主要取决于土体本身的抗渗强度。通常用临界坡降作为判定标准。临界坡降指土体中的细粒随着渗流的加剧,由静止转化为运动状态的坡降,可通过试验和计算确定。1/7/202329 渗透稳定和渗透坡降及土的组成有关,增加抗渗稳定的工程措施:降低渗透坡降;增加渗流出口处土体的抗渗能力。具体有:增大渗径,降低渗透破坏或截阻渗流;设排水沟或减压井,降低下游渗流出口处的渗透压力。在可能发生管涌地段,需设反滤层,拦截细粒;可能发生流土地段,加设盖重。

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