【水利水電】陳靈利 教材精講班教案 12-第1篇-第1章-1.2.5-水力荷載-1.2.6-滲流分析

1.2.5水力荷載靜水壓力?揚(yáng)壓力?動(dòng)水壓力?浪壓力和冰壓力是水工建筑物上所承受的主要水力荷載?一?靜水壓力壩?水閘等擋水建筑物和河床式水電站廠房在運(yùn)用期靜水壓力代表值的計(jì)算水位應(yīng)按下列規(guī)定確定:1.持久設(shè)計(jì)狀況,上游采用水庫(kù)的正常蓄水位(或防洪高水位),下游采用可能出現(xiàn)的不利水位;2.偶然設(shè)計(jì)狀況,上游采用水庫(kù)的校核洪水位,下游采用水庫(kù)在該水位泄洪時(shí)的水位;3.短暫設(shè)計(jì)狀況,采用設(shè)計(jì)預(yù)定該建筑物在檢修期的上?下游水位;4.水工建筑物抗震計(jì)算時(shí)的水庫(kù)計(jì)算水位,可采用正常蓄水位;5.對(duì)于多年調(diào)節(jié)水庫(kù),經(jīng)論證后可采用低于正常蓄水位的上游水位?二?揚(yáng)壓力(一)一般規(guī)定計(jì)算截面上的揚(yáng)壓力代表值,應(yīng)根據(jù)該截面上的揚(yáng)壓力分布圖形計(jì)算確定?其中,矩形部分的合力為浮托力代表值,其余部分的合力為滲透壓力代表值?(二)混凝土壩的揚(yáng)壓力1.當(dāng)壩基設(shè)有防滲帷幕和排水孔時(shí):實(shí)體重力壩【強(qiáng)化練習(xí)】持久設(shè)計(jì)狀況是指上游采用水庫(kù)的(),下游采用可能出現(xiàn)的不利水位?A.正常蓄水位B.死水位C.校核洪水位D.設(shè)計(jì)洪水位答案:A解析:持久設(shè)計(jì)狀況:上游采用水庫(kù)的正常蓄水位(或防洪高水位),下游采用可能出現(xiàn)的不利水位?計(jì)算截面上的揚(yáng)壓力代表值,應(yīng)根據(jù)該截面上的揚(yáng)壓力分布圖形計(jì)算確定?其中,矩形部分的合力為()代表值?A.浮托力B.滲透壓力C.重力D.靜水壓力答案:A解析:計(jì)算截面上的揚(yáng)壓力代表值,應(yīng)根據(jù)該截面上的揚(yáng)壓力分布圖形計(jì)算確定?其中,矩形部分的合力為浮托力代表值,其余部分的合力為滲透壓力代表值?小結(jié)1.2.6滲流分析

一?土石壩的滲流分析滲流分析的內(nèi)容包括:確定浸潤(rùn)線(xiàn)的位置;確定滲流的主要參數(shù)—滲流流速與坡降;確定滲流量?進(jìn)行滲流分析的方法較簡(jiǎn)單的有水力學(xué)法和流網(wǎng)法?

二?滲透系數(shù)滲透系數(shù)公式:(09年單選)式中Q一通過(guò)實(shí)測(cè)的流量(m3/s)A一滲流的土樣橫斷面面積(m2)

四?滲透變形滲透變形又稱(chēng)為滲透破壞,是指在滲透水流的作用下,土體遭受變形或破壞的現(xiàn)象?一般可分為管涌?流土?接觸沖刷?接觸流失四種基本形式?(一)管涌1.在滲流作用下,非黏性土土體內(nèi)的細(xì)小顆粒沿著粗大顆粒間的孔隙通道移動(dòng)或被滲流帶出,致使土層中形成孔道而產(chǎn)生集中涌水的現(xiàn)象稱(chēng)為管涌?2.管涌一般發(fā)生在無(wú)黏性砂土?砂礫土的下游坡面和地基滲流的逸出處?對(duì)于黏土土料,由于顆粒之間存在黏聚力,滲流不容易把土壤顆粒帶走,因此較少發(fā)生管涌?(二)流土1.在滲流作用下,非黏性土土體內(nèi)的顆粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象;或者黏性土土體發(fā)生隆起?斷裂和浮動(dòng)等現(xiàn)象,都稱(chēng)為流土?2.流土現(xiàn)象主要發(fā)生在黏性土及較均勻的非黏性土體的滲流出口處?(三)接觸沖刷當(dāng)滲流沿著兩種滲透系數(shù)不同的土層接觸面或建筑物與地基的接觸面流動(dòng)時(shí),在接觸面處的土壤顆粒被沖動(dòng)而產(chǎn)生的沖刷現(xiàn)象稱(chēng)為接觸沖刷?(四)接觸流失在層次分明?滲透系數(shù)相差懸殊的兩層土中,當(dāng)為接觸流失?滲流垂直于層面時(shí),將滲透系數(shù)小的一層中的細(xì)顆粒帶到滲透系數(shù)大的一層中的現(xiàn)象稱(chēng)(五)防止?jié)B透變形的工程措施防止巖(土)產(chǎn)生滲透變形的工程措施可概括為兩大類(lèi):第一類(lèi):改善巖土體的結(jié)構(gòu)特性,提高其抵抗?jié)B透變形的能力,通常只用在巖體中?第二類(lèi):截?cái)鄮r(土)體中的滲透水流或減小巖(土)體中滲透水流滲透比降,使其小于允許比降?最可靠的方法是在滲透土層中興建防滲墻?工程措施為:(1)設(shè)置水平與垂直防滲體,增加滲徑的長(zhǎng)度,降低滲透坡降或截阻滲流?(2)設(shè)置排水溝或減壓井,以降低下游滲流口處的滲透壓力,并且有計(jì)劃地排除滲水?(3)對(duì)有可能發(fā)生管涌的地段,應(yīng)鋪設(shè)反濾層,攔截可能被滲流帶走的細(xì)小顆粒?(4)對(duì)有可能產(chǎn)生流土的地段,則應(yīng)增加滲流出口處的蓋重,蓋重與保護(hù)層之間也應(yīng)鋪設(shè)反濾層?(六)反濾層和過(guò)渡層1.反濾層【注:反濾層沿滲流方向粒徑依次增大即如圖從下向上依次是粗砂?小石子?大石子】(1)反濾層的作用是濾土排水,防止在水工建筑物滲流出口處發(fā)生滲透變形?在土質(zhì)防滲體與壩身或與壩基透水層相鄰處以及滲流出口處,如不滿(mǎn)足反濾要求,都必須設(shè)置反濾層?對(duì)反濾層的要求是:①相鄰兩層間,顆粒較小的一層的土體顆粒不能穿過(guò)較粗的一層土體顆粒的孔隙;②各層內(nèi)的土體顆粒不能發(fā)生移動(dòng),相對(duì)要穩(wěn)定;③被保護(hù)土壤的顆粒不能夠穿過(guò)反濾層;④反濾層不能夠被淤塞而失效;⑤耐久?穩(wěn)定,在使用期間不會(huì)隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的影響而發(fā)生性質(zhì)的變化?2.過(guò)渡層過(guò)渡層的作用是避免在剛度相差較大的兩種土料之間產(chǎn)生急劇變化的變形和應(yīng)力?反濾層可以起過(guò)渡層的作用,而過(guò)渡層卻不一定能滿(mǎn)足反濾要求?壩的反濾層必須符合下列要求:①使被保護(hù)的土不發(fā)生滲透變形;②滲透性大于被保護(hù)土,能通暢地排出滲透水流;③不致被細(xì)粒土淤塞失效?【強(qiáng)化練習(xí)】流網(wǎng)法是一種圖解法,適用于任意邊界條件,是在滲流區(qū)域內(nèi)由流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)組成的具有()圖形?【2020】A.曲線(xiàn)正方形(或矩形)B.曲線(xiàn)正方形(或圓形)C.曲線(xiàn)三角形(或正方形?矩形)D.曲線(xiàn)六邊形(或正方形?矩形)答案:A解析:本題考查的是滲流分析?流網(wǎng)法:是一種圖解法,適用于任意邊界條件,是在滲流區(qū)域內(nèi)由流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)組成的具有曲線(xiàn)正方形(或矩形)網(wǎng)格的圖形?只要按規(guī)定的原則繪制流網(wǎng),一般可以得到較好的計(jì)算精度?土石壩的滲流分析內(nèi)容包括()?【2020】A.確定浸潤(rùn)線(xiàn)的位置B.確定滲流量C.滲透流速D.確定滲透壓力E.滲透系數(shù)答案:ABC解析:本題考查的是土石壩的滲流分析?土石壩的滲流分析的內(nèi)容包括:(1)確定浸潤(rùn)線(xiàn)的位置;(2)確定滲流的滲流流速與坡降;(3)確定滲流量?在滲流作用下,非黏性土土體內(nèi)的顆粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為()?【2017】A.管涌B.流土C.接觸沖刷D.接觸流失答案:B解析:在滲流作用下,非黏性土土體內(nèi)的顆粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象;或者黏性土土體發(fā)生隆起?斷裂和浮動(dòng)等現(xiàn)象,都稱(chēng)為流土?案例分析:某工程上游圍堰斷面和地基情況如下,上游圍堰背水側(cè)發(fā)生管涌,施工單位在管涌出口處采用反濾層壓蓋進(jìn)行處理?反濾蓋層材料包括:塊石?大石子?小石子?粗砂等,