用手算方法计算均质土坝渗流稳定.docx

6某水库均质土坝渗流稳定计算1．渗流允许坡降（允）对粉质黏土可按下式计算：允式中—土粒比重取2.73；—土的孔隙率；=0.849/（1+0.849）=0.4592；—土的黏聚力取7.0kPa；—水的重度取10kN/m3；—安全系数取2.0。经计算得=0.818。2．渗流计算方法根据地质勘察报告坝基部位土层的渗透系数均小于1.64×10-6cm/s属于弱～微透水层可以认为本工程坝基为不透水地基。本设计按均质坝、不透水地基、下游无排水设备进行计算稳定渗流期计算简图如图1：图1某水库稳定渗流期计算简图（无排水设备）稳定渗流期计算公式如下：式中—单位渗流量m3/s·m；—渗透系数取坝体平均渗透系数6.43×10-5cm/s（0.0556m3/d）；—上游水深m；—下游水深取7.45m；—上游坡比取2.0；—下游坡比取2.0；—下游水位以上出逸点高度m；—下游坝坡坡角。浸润线方程为：渗流计算可采用迭代方法求解即先假设一个值然后判断式（1）与式（2）计算结果是否相等。此方法在手算时比较烦琐为此将上述公式进行变换。先将式（3）、式（4）代入式（1）并令式（1）=式（2）经化简后成为一单变量的非线性方程即：满足的值即为所求。方程（5）可用有关科学计算软件（如Mathcad等）进行求解且计算精度较高。非稳定渗流期计算简图如图2：图2某水库非稳定渗流期计算简图（无排水设备）非稳定渗流期浸润线方程为：式中—通过计算断面的渗流量m3/s·m；—渗透系数取坝体平均渗透系数6.43×10-5cm/s（0.0556m3/d）；—在计算点上游处坐标原点断面上浸润线的高度m。水库水位降落的某一时刻坝体内两部分（和）浸润线方程分别为：式中为常数（可由边界条件计算）坐标见图2。水库水位降落经历时刻时浸润线上点处水深可按以下算式联立计算：式中—浸润线上点处的水深m；—水库水位降落后的坝前水深m；—水库水位降落高度m；—坝上游水深m；—坝下游水深m；—坝上、下游水位差m；—浸润线上点到坐标原点的水平距离m；—浸润线上点到点的水平距离m；—土的排水率（或吸水率）。令式（6）=式（7）可得：将已知值代入式（8）取解该非线性方程得并由式（7）或式（8）解得然后即可求得段和段的浸润线方程。而由不稳定渗流恢复到降后水位（8.61m）的稳定渗流所需时间（此时）。3．渗流计算结果分上游正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位及上游水位降落（下游水位均为7.45m）四种工况进行计算。渗流计算结果见表1（括号中数字为上游坡的相应渗流坡降）。表1渗流稳定分析成果汇总表工况上游水位（m）下游水位（m）出逸点高度h0（m）单宽流量平均坡降J出逸点坡降J1允许坡降J允水位降落期10.35～8.617.451.254/(0.217)0.219(0.434)0.4990.818正常蓄水位8.617.450.9420.00430.0540.0770.818设计洪水位9.867.451.1040.01390.1190.1910.818校核洪水位10.357.451.2280.01890.1470.2120.818各工况浸润线方程如下：⑴正常蓄水位：；⑵设计洪水位：；⑶校核洪水位：；⑷上游水位降落：段：；段：。由表1计算成果表明四种工况的平均坡降与出逸点坡降均小于允许坡降且出逸点高度在下游水位以上0.5m以内均满足设计规范要求一般情况下不需要进行渗流安全加固设计。