土石壩第部分二

4-1一、土石壩滲流分析的目的（任務）：1、確定壩體浸潤線及其下游逸出點的位置，繪制壩體和壩基內的流網圖，為穩(wěn)定分析、應力應變分析及排水設備選擇提供依據；2、確定壩體與地基滲流量，以便估計水庫滲漏損失并校核壩的排水尺寸；3、確定滲在下游壩坡或地基出逸處的滲透坡降以及滲流場內不同土層之間的滲透坡降，以便驗算抗?jié)B穩(wěn)定性；4、確定庫水位驟降時上游壩殼內自由水面位置，以便計算孔隙水壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析用。第四節(jié)滲流分析4-2二、土石壩滲流計算的方法：流網法；有限單元法；電擬試驗法：用電流場模擬滲流場，通過試驗測定滲流流網。水力學方法：在平面滲流條件下的一種近似方法，它用達西定律，并假定沿任一鉛直過水斷面內各點的滲透坡降相等。4-3不透水地基上矩形土體滲流問題的水力學解：假設滲流緩慢，沿任一鉛直過水斷面內各點的滲透坡降J相等，k為滲流系數，則4-4不透水地基上矩形土體滲流問題的水力學解：由達西定理得→（1）移項后得單寬流量表達式將（1）式從上游面（x=0，y=H1）到下游面（x=x，y=y）積分得浸潤線方程將（1）式從上游面（x=0，y=H1）到下游面（x=L，y=H2）積分得：4-5（一）不透水地基上土石壩的滲流計算→簡化為平面問題分若干區(qū)，對每個區(qū)按連續(xù)條件求解。⒈均質壩(1)下游無排水或設貼坡排水；(2)下游設有褥墊排水的情況或下游設有棱體排水且下游無水的情況；(3)下游設有棱體排水且下游有水的情況。⒉心墻壩⒊斜墻壩4-6(1)均質壩下游無排水或設貼坡排水情況：4-7計算時將土壩斷面分為三段：上游三角形段AFM（用高為H1，寬為△L的矩形EOFA代替）、中間段AFB″B′、下游三角形段B″B′N，對每個區(qū)按連續(xù)條件求解。將上游矩形EOFA和中間段AFB″B′合成一段EOB″B′，利用和矩形土體類似的方法（從（x=0,y=H1）到(x=L′,y=a0+t)）積分，可得通過該區(qū)的滲流量：

(1)浸潤線方程為(2)4-8下游三角形段B″B′N屬急變流，以下游水面為準作水平線，將其分為三角形BB′C和梯形B″NBC兩部分，將流線近似視為水平線，按漸變滲流可得其單寬流量

(3)根據滲流連續(xù)性條件：q=q1=q2，聯(lián)立求解式(1)和(3)，可求得a0及q，將q代入式（3）則可得浸潤線方程并繪制浸潤線。上游段EA′是不符合實際情況的應加以適當修正，使浸潤線上端在A處與壩面正交，在A′點與浸潤線相切，AA′B′曲線即為壩體浸潤線。4-9(一)不透水地基上土石壩的滲流計算:1(2)均質壩下游設有褥墊排水的情況或下游設有棱體排水且下游無水的情況:4-10計算時將浸潤線近似看作是以排水起點D為焦點且通過E點的拋物線；由于排水設施中滲透系數遠大于壩體滲透系數，可認為排水體內無滲流水頭損失。設C點的坐標為（L+he/2,0）,利用拋物線上各點到焦點D（L，0）的距離與到準線（x=L+he/2+he/2）的距離相等的原則，可得浸潤線方程（1）

(1)4-11(2)均質壩下游設有褥墊排水的情況或下游設有棱體排水且下游無水的情況:由于浸潤線過E點（0，H1），代入式（1）可得he：上游段應加以適當修正（同無排水情況）。將B點坐標(L,he)代入式可得EODBA段的單寬流量q：4-12

(3)下游設有棱體排水且下游有水的情況。4-13計算時將下游水面以上部分按照無水情況處理，浸潤線近似看作是以排水上游坡與在下游水面的交點為焦點D′（L，t）且通過E點的拋物線?？傻媒櫨€方程為：(1)(2)由于浸潤線過E點(0，H1)，代入(1)式可得：將B點坐標(L,t+he)代入式可得EODBA段的單寬流量q：4-142、心墻壩4-15計算時忽略上游壩殼段的水頭損失，并將心墻簡化為等厚的矩形斷面，下游壩殼段與均質壩同樣處理。心墻簡化為矩形，心墻段的單寬滲流量為：

(1)(2)假定下游壩殼逸出點位于下游水位與堆石內坡的交點A，則壩殼內單寬流量表達式為：4-16由q1=q2，聯(lián)立方程（1）和（2），可求出q和h。下游壩殼的浸潤線方程為：4-173、斜墻壩4-18計算時忽略上游壩殼段的水頭損失，分兩段計算，即斜墻段及斜墻后的壩殼段并將斜墻簡化為等厚的斜墻，下游壩殼段與心墻壩同樣處理。斜墻段的單寬滲流量簡化為：

由滲流連續(xù)原則

q1=q2，聯(lián)立求解以上兩方程得出q和h，并可以得到下游壩殼內的浸潤線方程：4-19注意：在h以上的斜墻部分的滲流在下游壩體以非飽和狀態(tài)垂直下落并匯入下游壩殼的滲水，以上計算中計算斜墻段的單寬滲流量和斜墻后壩殼內的單寬滲流量時均未考慮這部分滲水。4-20(二)有透水地基土壩的滲流計算為簡化計算，壩體內滲流仍可用上述不透水地基上土石壩的滲流計算方法確定滲流量及浸潤線，壩基滲流則按有壓滲流計算。壩體滲流量與壩基滲流量之和即為總滲流量。4-2粉11、均質材壩假設壩塊體的單蘿寬流量附為q1，壩基的道滲透系數丘為kT，透水條地基深辰度為T，單寬拉流量為q′，上下陡游水頭渾分別為H1和t。4-2懷2由達西疊定理可域得地基占內單寬衣流量q′：將上式奶從上游夏面（x=0，勢y=H1）到下游襯面（x=L，勢y=t）積分得噸：4-2刃3L實際上是輛指流線長怨度，所以垃考慮進出抵口流線彎何曲的影響綱及滲流區(qū)唉的幾何形羞狀，L可表示為L=L0+0.8布8T，式中0.8斧8T為考慮進道出口流線繩彎曲的影遷響的修正鈔系數。則通過壩細體與壩基友的總單寬素流量為：4-242、心墻際壩(1)地基上有剃混凝土防醒滲墻的心江墻壩通過防滲潛心墻后的魄壩殼和地旁基防滲墻侮后的地基沈的滲流量殲為:4-25(1)地基上有臉混凝土防牲滲墻的心坑墻壩設心墻、轟砼防滲墻剝、下游壩睬殼、透水癢地基的滲腫透系數分運別為kc、kD、k、kT。通過防滲占心墻和地累基砼防滲藍墻的滲流完量為：由q=q1=q2，聯(lián)立求長解式(1)和(2)即可得q和h。4-26(2)地基上沉有截水困槽的心堆墻壩，陸截水墻貼與心墻午材料相筒同。通過防滲竄心墻和地卵基截水墻挺的滲流量詳為：通過防滲顆心墻后的紡壩殼和地憐基截水墻刪后的地基柔的滲流量北與地基中濱有混凝土綿防滲墻的贊心墻壩相虧同。4-2呀7三、土石早壩的抗?jié)B污穩(wěn)定驗算1、滲透變齡形的形式塔及其判別*滲透變誦形：土段石壩及澇其地基其在滲流裳的物理梳作用和室化學作斜用下發(fā)漏生土體泄顆粒流潔失的局垮部破壞萌現(xiàn)象稱本滲透變襯形。⑴管涌：拒滲流作用賢下不均勻寶無粘性土雄中細顆粒逝從孔隙通揉道中的連遍續(xù)移動和予帶出。管涌可能久發(fā)生的部多位：非粘才性土的滲踐流逸出點提和進入排乖水處。管涌判別：褲級配連肉續(xù)時不下均勻系長數>20，級配原不連續(xù)悼時細粒蕩含量小忽于25%。4-28⑵流土：謊滲流作具用下，速土體的蒸同時浮屠起或流章失。流土發(fā)壓生的部翼位：多教發(fā)生粘屈性土坡爺和顆粒觸較均勻拔的非粘恥性土坡竟中。判別：鍬級配連英續(xù)時不堤均勻系煎數<10，級配不白連續(xù)時細找粒含量大抗于35%。4-2驕9⑶接觸沖刷耳：順著兩貪種土壤的貫接觸面的守滲流對接藝觸面顆粒碎的沖刷。判別：一述般認為當己相鄰兩層銹土體的d10比值小帶于10且兩層金土的不惑均勻系物數小于10時，不鄭會產生愿接觸沖銳刷，反棍之應考法慮接觸毅沖刷和鼠接觸流夾失的問麗題。⑷接觸五流失：噴滲流垂摩直于滲沖透系數知相差較塌大的兩從相鄰土導層的接衛(wèi)觸面流輕動時，戰(zhàn)將滲透搜系數較怕小土層滿中的細蘇顆粒帶昏入滲透挽系數較星大的另悅一土層置。4-3陵02、滲透沖破壞標榮準以臨界郵滲透坡喂降Jc作為判定叔標準。管涌臨展界坡降憑計算公長式：流土臨單界坡降扒計算公耳式：4-31容許滲姑透坡降[J]可按建姐筑物級令別，以碼臨界坡眠降除以獵安全系稿數求得戲?；虍斶~滲透變勻形的形表式確定偉后，根高據規(guī)范徹中有關田圖表選右取臨界收坡降和刑允許坡滿降。抗?jié)B穩(wěn)侵定性驗覺算就是典查驗下江列不等京式是否駝成立：4-3漁2四、防止跡滲透破壞競改善滲透倡穩(wěn)定性的頓工程措施透：1、提高孤土的抗鎮(zhèn)滲性：毛土料設蠶計時需青考慮。2、降低滲托透坡降：柴設置水平布與垂直防電滲體，調離整防滲結殿構的型式槽和尺寸。3、降低下小游滲流出慚口處的滲潤透壓力：嫌設置排水贊溝或減壓非井。4、對可能壯產生流土玻的地段加饅蓋重，蓋影重與被保字護土體之犯間也要設鮮反濾層。4-3懇3*反濾層設叢計：(1)反濾層的常主要作用奏：排水濾伶土，防止調壩體和壩已基在滲流駕逸出處產塞生滲透破翅壞。(2)反濾層位唐置：J較大處蛛?！鞣N排水撐與壩體和錯地基之間愛；——防滲體與演上、下游何壩殼之間備，防滲體綠與壩基透薦水層之間傻。(3)反濾層型肌式：土反濾：想由幾層砂竭礫料按粒鞭徑沿滲流猶方向增大裕鋪設。土工織羞物反濾裕。4-3放4土石壩的享失穩(wěn)狀態(tài)?。菏腔?、檢液化、塑條性流動。(1)滑坡:由于壩料坡過陡口或筑壩墳土料抗臘剪強度炎不夠，太使某一微滑動面榮以上土冊體所受逼滑動力漫或滑動窄力矩超悉過了其脹下相應趙土體可巖能施加饒的抗滑樂力或抗編滑力矩芹；由于壩基翻土體抗剪叼強度不夠阻，使部分坑壩體連同傍壩基一起銀滑動，尤歲其當壩基倍有軟弱夾剛層時，滑獎動往往在肝該層發(fā)生嫩。第五節(jié)油穩(wěn)定蜻分析4-3效5⑵液化:易發(fā)生索在由不緊密均斑勻細砂構成的被壩體或殘壩基中筐。發(fā)生的尿原因：搭飽和松宅砂受振垂動或剪僅切而發(fā)盆生體積殘收縮，祥但孔隙車中的水擔分不能軋立即排管出，沙誘礫相互信接觸的兼有效應棚力部分找或全部嘆轉化為椅沒有抗帳剪強度扛的孔隙灘水壓力為，砂粒祥就隨水典流動而寶“液化瓜”。4-36⑶塑性流飲動：指壩體或遵壩基土的倍剪應力超瓣過土體實棉有的抗剪企強度，變虎形遠超過嫁彈性限值品，失去承扭載能力，賞壩坡或壩詠角土被壓廢出或隆起傘，或壩體疾、壩基發(fā)獨生嚴重裂田縫，過量柳沉陷等情輸況。壩體或唯壩基由婦軟粘土郊構成又哥設計處唐理不當桶時才會佛出現(xiàn)這母種現(xiàn)象貴。4-3萬7一、土典石壩滑假坡滑動翅面的基屬本類型您：⒈曲線滑動洋面：近似仙于圓弧珠面，多樓發(fā)生于擴粘性土叮坡及厚肯的心墻陡壩、厚品斜墻壩筑中。⒉折線滑腎動面：發(fā)生于見非粘性土熟坡，以及巨斜墻連同戚保護層。⒊復合滑盯動面：發(fā)生弦于厚的竹心墻壩跪、由多外種粘性嘉土和非姜粘性土長組成的份多種土芬質壩、驗地基內激有軟弱寧夾層。4-38二、土石旗壩穩(wěn)定分志析方法叢：1、應力應駐變分析法穩(wěn)：以整個撒壩體連同論壩體的應寇力場為計喚算對象，挽按應力、艷應變之間歌某種非線欲性本構關享系建立數毅學模型，杯借助非線攝性有限元曲等現(xiàn)代計雞算方法，穩(wěn)求得應力濟場內各點貌應力狀態(tài)望得數值解謝，各點應見力與土體嗽在各點相酬應強度對訂比，可知凍是否有破龍壞區(qū)域，釋如果沒有肌，則安全湖。4-392、滑動填面法：基于極限平衡申理論根據壩旋型、土瘋料及地猛基地質漏情況，存結合經猛驗選擇培不利工嫂況，并慢假設若芽干個不耳利滑動舉面；計閉算每個晶工況、薦每個滑亞動面的故抗滑力蟻及滑動過力；比溫較穩(wěn)定伸安全系許數，找捷出最小禾值，如賊其不低哲于規(guī)范草規(guī)定的玩容許值掩，則認藥為壩坡鬼抗滑穩(wěn)素定安全盞度得到嚼驗證。根據滑勿動面形皂狀，分為圓弧餓滑動法、矛折線滑動齒法和復式淘滑動法。4-4耳02、滑動面政法：(1)圓弧滑動籃法：①假定棍：假定疏土坡穩(wěn)羅定問題喪為平面姥應變問拜題，滑琴動面為偽圓弧面便，將滑閉動面內盟土體視均為剛體端，破壞崖時該土漲體繞圓烤心作旋舍轉運動診。安全淘系數K=抗滑力蓋矩/滑動力矩虛。②具體方偶法：瑞典條分倒法：不考秋慮條塊間辨的作用力境。畢肖普困法：考溉慮土條想間的作終用力算。簡化畢肖高普法：考糞慮土條間變水平作用薯力而忽略況豎向作用研力。4-412、滑動胳面法：(1)圓弧滑鮮動法：瑞典條芬分法：計算時勿首先確駁定壩體懲浸潤線兼的位置泄。將圓位弧內土愧體分為蝴若干條質，在不隔同的區(qū)姥域采用廣不同的續(xù)物理力左學性質肆指標，姨壩體浸箭潤線以花上采用填濕重度化，下游白水位以槽下用浮逐重度?？捎锰嫱獯囟鹊逊ù娓B透力博的作用乓→對浸越潤線以害下，下龍游水位挖以上的截壩體，策計算滑黨動力矩論時用飽像和重度功，計算絞抗滑力擱矩時用嚴浮重度臺。4-422、滑動面謀法：(1)圓弧滑息動法：最危險滑樣動面：在診分析時要大假設一系各列的滑動役面進行試蜻算，算出頁每個試算趕滑動面的催穩(wěn)定系數盆，穩(wěn)定系陳數最小的龜滑動面即軍為最危險管滑動面?！と艨紤]約地震作鉆用，一拖般采用幟擬靜力綿法計算香。4-43(2)折線滑打動法——非粘性或土坡計鋸算：4-44(2)折線滑動巖法——非粘性胳土坡計棒算：①假想料把ABCE飾A分為兩彎塊，即ABD和BCE澇D，滑塊先間的錯掌動面為BD，在該面喝上，兩土暗塊間的相壞互作用力油與BD面法線備成摩擦仔角3。②考慮AB、BD、BC三個面促同時達宿到極限注平衡狀扁態(tài)（等叨安全度持）。以土塊ABD極限平衡咐為條件求性出P的表達式攔，再以土燥塊BCED極限平逢衡為條盛件求出P的表達式釘，兩者P相等，聯(lián)膨立求解可船以求出Kc。4-4匙52、滑動面奧法：(2)折線滑償動法——非粘性土損坡計算：注意：沸在上述譜計算中棟，水位炎和折角、、都是任解意假定樓的。最承危險水御位及滑撿動面位封置需通晃過試算培才能確絞定。4-4壺62、滑動面粗法：(2)折線滑動向法——斜墻及佩其保護糧層的計素算：①斜墻師與保護誦層及斜暢墻與壩促體是由逐兩種不山同的材配料筑成賭的，在顫接觸面琴處強度南往往較學低，因晉而保護盼層或連香同斜墻返，有可鵝能沿這扔種接觸擊面產生知滑動，詞一般用邀折線法亡驗算。接觸面上血的抗剪強洽度，應采蠻用兩種材眉料的較小插值。4-4獲72、滑動面步法：(2)折線滑辜動法——斜墻及其爽保護層的毛計算：①保護沖層本身鼓滑動的通驗算方增法：4-482、滑動遮面法：(2)折線滑動貍法——斜墻及銜其保護悟層的計桃算：①保護旗層本身姐滑動的撓驗算方傾法：假設滑動避面為LBE藥(B吵E位置已確柴定——斜墻上游董面)，將滑動艦體用假設自破裂面BB′分成兩個遲滑動塊試裕算。4-492、滑動杏面法：(2)折線滑體動法——斜墻及焰其保護赴層的計漆算：②斜墻跟連同保堵護層的動穩(wěn)定計桶算：4-502、滑動宋面法：(2)折線滑動妻法——斜墻及位其保護振層的計房誠算：②斜墻連汁同保護層諷的穩(wěn)定計葵算：假定折育線滑動由面為LBGD，滑動面暈包含三個選直線段，顏在滑塊中垂存在兩個遼錯動面BB′和GG′，同樣慌假定水發(fā)位及各綠個折角醒進行試似算，求夜出最危蝦險情況喪。4-512、滑動含面法：(3)復合滑動贏面法：4-5紗22、滑動瞎面法：(3)復合滑師動面法況：取FBC寺E為隔離效體，假否定作用兔在它上揭、下游種側的主崗動土壓出力和被取動土壓貼力都是洞水平的拘，則最危險?；瑒用嫦兑彩峭ǚQ過試算腐確定。4-5砌3三、穩(wěn)罩定分析趕的計算爹情況和群安全系龍數：1、計算客情況(1)正常運鵲用情況網：庫水寫位處于攏正常蓄雷水位或資設計洪港水位，仿以及自再正常蓄療水位正仆常降落犁所對應丑的工作株條件術。①水庫蓄滾滿水形成議穩(wěn)定滲流辰時→驗算負下游坡的抬穩(wěn)定；②上游披庫水位值為某一鵝最不利辣水位時別→驗算斧上游坡爽的穩(wěn)定走；③上游垃水位正竊常降落喘，上游償壩坡產濾生滲透執(zhí)動水壓份力（流另線方向子指向上河游）時活的穩(wěn)定他計算。4-54三、穩(wěn)定毒分析的計金算情況和弊安全系數乖：1、計算柿情況(1)非常運計用情況叮：①庫水糟位驟降覽（k≤1交0-3cm/熔s，V>3穴m/d），形成鳴反向滲流防→驗算上誼游坡的穩(wěn)溜定；②正常查蓄水位+地震→坦驗算上續(xù)、下游啄坡的穩(wěn)戀定；③校核稱洪水位藏時→驗趴算下游輛坡的穩(wěn)放定；④施工期橡考慮孔隙犧水壓力時涉→驗算上氧、下游坡日的穩(wěn)定森。4-55三、穩(wěn)定稠分析的計壘算情況和泳安全系數捷：2、安全提系數：按《碾壓式濃土石壩挖設計規(guī)蔬范》，對于均潮質壩、厚株斜墻壩和蠅厚心墻壩塘，可采用舉不計條塊樸間作用力攔的瑞典圓拉弧法進行厲穩(wěn)定分析壺；對于由潮薄軟土夾鞠層的情況精，以及薄庭斜墻、薄察心墻壩，蔥可采用滑胳楔法進行嶄穩(wěn)定分析村。壩坡抗余滑穩(wěn)定撿的安全跌系數，嫌應不小勁于規(guī)范勇規(guī)定的