2023年用手算方法计算均质土坝渗流稳定.docx

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7.0 kPa； —水的重度，取10 kN/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1.64×10-6 cm/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。此方法在手算时比拟烦琐，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，坝体内两局部〔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 10.35～8.61 7.45 1.254 / (0.217) 0.219 (0.434) 0.499 0.818 正 常 蓄水位 8.61 7.45 0.942 0.0043 0.054 0.077 0.818 设 计 洪水位 9.86 7.45 1.104 0.0139 0.119 0.191 0.818 校 核 洪水位 10.35 7.45 1.228 0.0189 0.147 0.212 0.818 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计算成果说明，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，均满足设计标准要求，一般情况下不需要进行渗流安全加固设计。 7