渗流计算

渗渗渗渗流流流流计计计计算算算算（（（（焦建华焦建华焦建华焦建华））））中山市水利水电勘测设计咨询有限公司中山市水利水电勘测设计咨询有限公司中山市水利水电勘测设计咨询有限公司中山市水利水电勘测设计咨询有限公司2010.12.30目目目目录录录录一一一一、、、、渗流计算的基本知识渗流计算的基本知识渗流计算的基本知识渗流计算的基本知识...........................................................................................1一）、渗透与渗透影响..........................................................................................11）渗透........................................................................................................................12）渗透影响................................................................................................................13）渗透变形及判别....................................................................................................2二）、渗流计算的基本原理及渗透系数..............................................................31）达西定律................................................................................................................32）渗透系数的确定....................................................................................................33）渗透系数的应用....................................................................................................5三）、渗流计算的基本方程..................................................................................6二二二二、、、、大坝大坝大坝大坝、、、、堤防渗流计算堤防渗流计算堤防渗流计算堤防渗流计算...........................................................................................6一）、土石坝渗流计算..........................................................................................61）渗流计算的目的....................................................................................................62）渗流计算的内容....................................................................................................63）渗流计算工况及水位组合的选择........................................................................74）渗流计算的方法....................................................................................................95）渗透系数的选用..................................................................................................106）渗透稳定计算......................................................................................................107）渗透稳定结果分析..............................................................................................11二）堤防渗流计算...............................................................................................111）增加了渗流量计算条件......................................................................................112）水位组合结合堤防工程的特点..........................................................................113）根据堤防功能特点，增加了一种计算模型......................................................11三三三三、、、、水闸水闸水闸水闸、、、、泵站渗流计算泵站渗流计算泵站渗流计算泵站渗流计算.........................................................................................121）与土石坝渗流计算的比较..................................................................................122）渗流计算的目的..................................................................................................123）渗流计算的工况及水位组合选择......................................................................124）渗流计算的主要方法..........................................................................................135）侧向绕渗..............................................................................................................241一一一一、、、、渗流计算的基本渗流计算的基本渗流计算的基本渗流计算的基本知识知识知识知识一）、渗透与渗透影响1）渗透渗透：水在压力坡降作用下穿过土中连续空隙发生流动的现象。水利工程中渗流计算的研究对象为岩土，土是具有连续空隙的介质，水在重力作用下可以穿过土的空隙发生运动。土的渗透性主要研究在重力势能作用下，土空隙中的水的流动过程及其规律性。2）渗透影响影响一：渗漏损失。无论什么土体，只要满足渗透条件，就必然会发生渗透现象，引起渗漏水量的损失。对蓄水建筑物和输水建筑物来讲，水的渗漏现象必然影响经济效益。影响二：渗透稳定。包括两个方面的稳定问题。一方面水在土体内渗透，可以引起土体内部应力状态的改变，从而引起土体内部原有的稳定条件发生变化，可能造成渗透破坏。另一方面水的渗透会对接触的建筑物产生渗透压力，改变建筑物的稳定条件，影响建筑物的稳定。其它影响：由于土体的渗透性和渗透性强弱影响，对土体的固结、强度发展及工程施工都有很重要的影响。前两个影响的内容，是我们在工程设计中需要计算的，当然在具体工程中，我们会根据实际需要选择性的进行计算。其它影响是我们在工程设计中需要注意和考虑的，因为它可能影响我们的设计方案。23）渗透变形及判别3.1）渗透变形的类型土的渗透破坏是由土的渗透变形引起的，由渗透水流引起的渗透变形超过一定界限后就会发生渗透破坏。土的渗透变形共有四种类型：流土、管涌、接触冲刷和接触流失，其中流土和管涌为两种基本型式。流土：在渗流作用下，局部土体表面隆起、顶穿或粗细颗粒同时浮动而流失的现象。管涌：土体中的细颗粒在渗流作用下从骨架空隙通道流失的现象。接触冲刷：渗流沿着两种渗透系数不同土层的接触面流动时，沿层面带走细颗粒的现象。接触流失：渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层流动时，将渗透系数较小的土层中的细颗粒带入渗透系数较大的土层中的现象。3.2）渗透变形的判别塑性指数Ip＞10的称为粘性土，一般粘性土的渗透变形类型为流土，当出逸段有无粘性土覆盖时则可能发生接触流失。无粘性土的渗透变形四种类型都可能发生，主要依据土的不均匀系数进行判别。根据以上判别条件可知，土的渗透变形类型主要由土体自身的物理性质决定。在实际工程设计中，土的渗透变形类型作为基本资料由地质专业提供，同时应提供土的允许渗透比降。粘性土的允许渗透比降也可根据下式进行计算（流土型）[]KnGJs/)1)(1(--=3式中：sG——土粒比重；n——土的空隙率（以小数计）；K——安全系数1.5~2.0。二）、渗流计算的基本原理及渗透系数1）达西定律1856年，法国学者达西通过实验，发现在层流状态下，水在砂土中的渗透流速与试样两端的水头差成正比，而与渗径成反比，即kJLhhkv=-=21kJAvAq==上式是水在土中渗透的基本规律，称为渗透定律或达西定律。达西定律虽然只适用于线性阻力的层流运动，但在工程实践中，超过达西定律上下限的局部区域与整个渗流场相比较经常是不大的，且大多数自然状态土中的渗流均能基本上符合层流规律或偏离不远，故一般均可简化为符合达西定律的问题来处理。2）渗透系数的确定2.1）单层土渗透系数的确定单层土的渗透系数是由现场或室内实验确定的。工程设计中土的渗透系数作为基本资料由地勘专业提供。单层土假定为各向同性土，则土中任意一点、任意方向的渗透系数相等，即Kx=Ky=Kz。2.2）各向已性土渗透系数的确定实际工程中的土层一般都具有各向异性，如冲积土层、碾压土层等。由于层次的存在，土层的水平向渗透系数长大于垂直向渗透系数。对各种4异性土（包括任意倾斜方向的不同渗透性），可把渗透区边界（包括建筑物的地下轮廓）的水平尺寸剩以因数α，XZkk=α，转化为各向同性均质地基，其平均渗透系数zxkkk=。进行渗流计算后得各点水头后，再把水平尺寸除以α，就恢复为原各向异性土层的图形。2.3）多层土渗透系数的确定一般天然沉积的地层常由渗透性不同且厚度不一的多层土组成，碾压式土坝也会形成多层土，同一层土具有各向同性，而组成的多层土具有各向异性。对多层土渗透系数的确定，首先假定为平面问题进行计算，分别考虑渗流平行于层向和渗流垂直于层向两个方向分别进行计算。平行于层向的等效平均渗透系数Kx为：TTkTkTkKnnx+++=L2