土石坝渗流与稳定.ppt

第四节土石坝的渗流分析第四节土石坝的渗流分析一土石坝渗流的基本方程及其解法设单宽流量为q，则

(*)

将上式自上游面（x=0,y=H1)至下游
面（x=L,y=H2)积分，得：

对（*)积分，可得浸润线方程：

图6-15土坝浸润线示意图二计算土石坝渗流的水力学方法下游三角形段，以下游
水面为界，分为水上部分和
水下部分。和
为等势线，非等势线也非流线。
应用达西定律可得其渗流量：

根据水流连续条件
联立求解即可得浸润线方程和逸出高度。
下游有褥垫排水：根据流体力学分析表明，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。B点高度为，则C点位置。由于浸润线过和，浸润线方程为：

浸润线通过点:

由此可得EODBA段的单宽流量：

下游棱体排水：当下游无水时和褥垫式相同；当下游有水时，如下图所示，可将下游水位
以上部分按照无水情况处理。

单宽流量为：2.心墙坝的渗流计算心墙下游坝壳的单宽流量为：将变厚度的斜墙简化成为厚度为的等厚斜墙，这样通过斜墙的渗流量为：

斜墙后坝壳的渗流量为：

由联立求解可得q和h。坝体的浸润线方程仍为：
三流网法（一）渗流要素计算

单宽流量为：

作用在I处单位土体的渗透力为：
(二）不同土层分界处的流网
渗流通过两种不同土壤的交界面，其流线和等势线将发生转折，按照连续条件，通过相邻两流线的流量不变：

AA1、BB1为等势线，假定此时两等势线之间的水头损失为dh，则：

（三）各向异性土体内的流网

受施工与沉积因素影响，坝身、坝基的水平向渗透系数一般大于竖直向，若达几倍以上则应考虑土体的各向异性。在绘制流网时，先变换实际剖面，水平尺寸按换算，然后在变换的剖面上按一般方法绘制成网，最后将该剖面及流网的水平尺寸乘以，即可得实际剖面的流网。

几种不同类型土石坝的流网图如下：
（a）四渗透稳定的计算土层接触面处的渗透变形（二）渗透变形型式判别（三）渗透破坏标准（五）反滤层设计

式中，——反滤料的粒径小于该粒径的土占总土重的15％；——被保护土的
粒径，小于该粒径的土占总土重的85％；——被保护土的粒径小于该粒径的占总土重
的15％。

第五节土石坝的稳定分析四荷载竖向地震力也按水平向地震惯性力公式计算，其中

对设计烈度是8、9度的Ⅰ、Ⅱ级坝，应同时考虑水平向和竖向地震惯性力，此时竖向地震
惯性力还应乘以0.5的遇合系数。

五计算工况

水库正常蓄水位下游坡
正常运用时水位降落上游坡
最不利水位时上游坡

水位骤降上游坡
非常运用时施工期上下游坡
校核水位下游坡
地震时上、下游坡
六抗滑稳定分析方法以i土条为例，其自重，在滑弧上可分解为切向分力
和法向力。忽略条块剪相互作用力，边坡的稳定安全系数为：

即：
土条编号方法是以圆心正下方的一条为i＝0，并依次向上游i＝1，2，3……，向下游为i＝
－1，－2，－3，……于是有：

因此：

对于高坝，用有效应力法更符合实际，采用有效应力指标，坝坡安全系数如下：

最危险滑弧位置的确定：按照一定方式，取一系列的滑动面验算，即可求出最小安全
系数，相应的滑动面即为最危险或具有最小安全系数的滑动面

（2）毕肖普法
毕肖普法考虑了土条两侧的作用力设ABCD为一末浸水的圆弧滑动面。假定条块两侧的作用力为
，G为条块重量；N为条块底面上的法向力；为条块底面的有效法向力；u为条块底面的
孔隙水压力；S为条块底面上有效剪力；为土体的有效抗剪强度指标。
滑动面BC上产生的剪力为：

根据滑动平衡条件：

则：
（*)

根据（b）一个条块的力平衡图，求得N、ul，代入式（*)，化简得：

（1）
式中是未知量，需先按试算法求出：
土条间的Xn、Vn为内力，其平衡方程为：

（2）

条块的力平衡图（b）为：

（3）

计算时先假定各土条间的，检查是否满足（2）、（3），若满足则用（1）
计算安全系数Kc

2.折线滑动法
（1）非粘性土坡计算
非粘性土坝坡的滑动面近似折线，折点高程常在水位附近
滑动面上的抗剪强度利用充分程度应该是一样的。其安全系数的表达方式为：

式中Kc即为安全系数，为试验得到的抗剪强度指标。

计算中把滑动土体ABCEA分成两个滑块，滑块间的滑面为BD，与铅直线成角。
在该面上，土块间相互作用力与BD面法线成摩擦角。计算时假设不同的安全系数
Kc，从滑块BCED的平衡条件中求出P，然后将其作用在ABD上，看他是否与G2、R2等
平衡；如不平衡则重新假定安全系数，重复上述步骤，直到平衡为止，此时的Kc即为该
滑动面的安全系数
从滑动土体BCED平衡可得：

（4）

从滑动土体ABD平衡可得

（