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
10.35～8.61
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。

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