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山东科技大学学士学位论文
第4章 坝体计算
4.1渗流分析
4.1.1 概述
一、渗流分析计算目的
土石坝渗流分析的目的有：①确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；②确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失；③确定坝体和坝底渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便采取适当的控制措施。
二、渗流分析方法
土石坝的渗流分析通常是把一个实际比较复杂的空间问题转化为平面问题。分析方法主要有流体力学法、水力学法、流网法和实验法。
流体力学法从渗流的基本微分方程（拉普拉斯方程）出发，引入特定问题的边界条件，以求解渗流场内任意点的渗透要素（渗流速度、渗透坡降和渗透力等）。此法立论严谨，但只在几种很简单的边界条件下才有精确的理论解，在边界条件比较复杂的实际工程中难于应用。
水力学法是在一些假定基础上的近似解法，只能求得某一断面的平均渗透要素，不能准确求出任一点的渗透要素。但此法计算简单，所确定的浸润线、平均流速、平均坡降和渗流量等，一般也能满足工程设计要求的精度，所以在实际工程中应用广泛。
流网法是用绘制流网来求解平面渗流问题中的各个渗流要素，故又称图解法，可用于边界条件复杂的情况。
试验方法很多，最常用的是电模拟法，利用渗流场和电流场在数学上和物理上具有相似性，即都满足拉普拉斯方程，从而用电流模拟渗流，用电压模拟渗流水头，便可求解渗流问题。
对重要工程或地基条件比较复杂的情况，往往使用几种方法进行渗流分析，以便相互校对。对中小型工程的土坝通常只用水力学法进行渗流分析。
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本次设计仍采用水力学法进行分析，作如下基本假定：①坝体各部分土料是均质的，坝体内任一点在各方向的渗透系数相同；②渗透水流属层流运动，符合达西定律，即渗透流速v=kJ（k为渗透系数，J为渗透坡降）；③渗透水流为稳定渐变流，任意过水断面上各点的流速和水头可认为是常数。 4.1.2 渗流计算 一、计算原理
选择水力学方法解堆石坝渗流问题。在趾板下部进行了混凝土防渗墙的处理，因此渗流分析计算近似按照有限透水地基上斜墙坝渗流计算方法。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。
1．计算单宽渗流量
通过面板和防渗墙的渗流量q1：
H1?h2H?hq1?K0?K0T12?sin??1 （4-1） 通过面板后渗流量q2：
2(h2?H22)(h?H2) q2?K?KTT2(L?m2H2)L?0.44T （4-2）式中：δ——面板平均厚度，δ=0.3m； δ1——防渗墙厚度，δ1=2m； m2——下游边坡，m2=1.40； H1——上游水深；
H2——下游水深； h——面板后渗流水深。
由水流连续条件q1=q2联立求解上两式可求得
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''A2?A1'A3'?A2A1' （4-3）
2h? 式中：
A1'?
K0K??sin?L?m2H2 （4-4）
'A2?K0T?1?KTTL?0.4T4 （4-5）
2K?H12KH22K?TH12KTTH2 （4-6） A3?????sin?L?m2H2?1L?0.44T
K、K0、KT——分别为坝身、面板和砼防渗墙、地基的渗流系数，其值见下表：
表4-1 渗流系数
渗流系数K（cm/s） 面板与砼防渗墙K0 1.0×10-9 坝身堆石K 2.0×10-2 基岩KT 5×10-5 2.计算总渗流.
图4-1堆石坝渗流总示意图
全坝的总渗流量为：
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Q=1/2[q1×l1+（q1+q2）×l2+…+(qn-1+qn) ×ln+qn×ln+1] （4-7） 式中：q1、q2、…qn——断面1、2….n的单宽渗流量； l1、l2、…ln、ln+1——相邻两断面之间的距离。
二．渗流计算
图4-2堆石坝渗流计算剖面
1.计算断面与计算情况
计算断面取为A-A断面
渗流计算包括以下水位组合情况： a.上游正常蓄水位与相应的下游最低水位 b.上游设计水位与下游相应的最低水位 c.上游校核水位与下游相应的最低水位 2.计算过程 （1）正常蓄水位
已知：
正常蓄水位270m；下游相应的最低水位为218.7m；
坝前水深：H1=270-216=54m；坝后水深：H2=218.7-216=2.7m； 地基厚度T＝10m；
L=72.3?1.3+72.3?1.4+8=203.21m
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