渗流稳定计算教学教材.doc

渗流稳定计算

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赤峰市红山区城郊乡防洪工程
5.6稳定计算
5.6.1渗流及渗透稳定计算
1）渗流分析的目的
（1）确定堤身浸润线及下游逸出点位置，以便核算堤坡稳定。
（2）估算堤身、堤基的渗透量。
（3）求出局部渗流坡降，验算发生渗透变形的可能。
概括以上分析，对初步拟定的土堤剖面进行修改，最后确定土堤剖面及主渗，排水设备的型式及尺寸。
2）渗流分析计算的原则
（1）土堤渗流分析计算断面应具有代表性。
（2）土堤渗流计算应严格按照《堤防工程设计规范》（GB50286-981）第8.1.2条及本规范附录E的有关规定执行。
3）渗流分析计算的内容
（1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点位置，逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降。
（2）当堤身、堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗流量。
（3）设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位。
4）堤防渗流分析计算的水位组合
（1）临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。
（2）临水侧为设计洪水位，背水侧无水。
（3）洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况。
5）渗透计算方法
堤防渗流分析计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E3的透水堤基均质土堤渗流计算即——渗流问题的水力学解法。
6）土堤渗流分析计算
计算锡泊河左岸（0-468）横断面，堤高5.05米（P=2%），半支箭左岸（0+302.25）横断面，堤高6.46米（P=2%），该两段堤防均属于 2级堤防，堤防渗流计算断面采用1个断面计算即可。采用《堤防工程设计规范》中透水堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式：
（E.3.1）
（E2.1-3）
（E2.1-4）
当K≤k0时
h0=a+H2=q÷+H2
……………（E.3.2-2）
对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定
X=k·T+k ……………（E.3.2-6）
式中：q'= +（E.3.2-7）
k——堤身渗透系数；
k0——堤基渗透系数；
H1——水位到坝脚的距离（m）；
H2——下游水位（m）；
H——堤防高度（m）；
q——单位宽度渗流量（m3/s·m）；
m1——上游坡坡率，m1=3.0；
m2——下游坡坡率，m2=3.0；
b——坝体顶部宽度6.0m；
h0——下游出逸点高度（m）；
锡伯河采用数据列表如下：

物理特性
筑堤土料
单层堤基
土 质
低液限粉土
圆砾
渗透系数（cm/s）
2.7×10-4
3.2×10-1
摩擦角（度）
26
32
粘结力（kpa）
35
0
半支箭采用数据列表如下：
物理特性
筑堤土料
双层堤基
土 质
低液限粉土
4m段粉土
6m段圆砾
渗透系数（cm/s）
2.7×10-4
4m段
3.1
6m段
1.8×10-1
摩擦角（度）
26
4m段
26.3
6m段
31
粘结力（kpa）
35
4m段
21
6m段
0
渗流计算结果
正常工况锡伯河渗流计算结果表
工 况
H1
（m）
q
（m3/d·m）
q'
（m3/d·m）
设计深
2.08
146.84
168
锡伯河浸润线计算结果：
X
6.240
8.562
20.175
29.465
Y
2.080
1.557
0.847
0.278
锡伯河防洪堤筑堤土为低液限粉土，基础为砂砾基础，强透水地基，堤身部分为相对不透水层，基础和堤身渗透系数相差100倍以上，下游无水，经计算堤身和堤脚无无出逸点，渗流稳定。
半支箭防洪堤计算结果如下:按照《堤防工程设计规范》E.7.1中说明地基中表层土透水性较强，两层的渗透系数之比大于100即可称为双层地基，计算得知越流系数为0.008，本设计筑堤土了为低液限粉土，基础为砂砾基础，强透水地基，堤身部分为相对不透水层，下游无水，经计算堤身和堤脚无无出逸点，渗流稳定。（采用公式为(T1为弱透水层厚度，T0为强透水层厚度)
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7、抗滑稳定计算
计算方法：
此堤防的稳定计算分析采用理正边坡稳定分析系统，选用复杂土层土坡稳定计算，采用碾压式土石坝设计规范，分别考虑了稳定渗流期，施工期，水位降落期三种情况。采用圆弧滑动法，根据实际情况考虑了地震烈度7度，计算方法采用简化毕肖普法，自动搜索最危险滑裂面，求得最小安全系数。在计算过程中，根据大坝的实际情况输入土坝的重度和饱和重度，粘聚力，内摩擦角，考虑了孔隙水压力，采用近似方法计算，不考虑渗透力的作用。计算成果表见下面。
以下为计算过程中采用的公式：
简化毕肖普法：（1）施工期的安全因数：
（有效应力法） (5.1-24)
（总应力法） (5.1-25)（2）水库降落期的总应力法：
(5.1-26)
（3）稳定渗流期或水库水位降落期有效应力法
(5.1-27)
式中:
b 条块宽度；
W 条块实重，W=W1+W2+rwZb ；
W1 在坝坡外水位以上的条块实重；
W2 在坝坡外水位以下的条块浮重；
Z 坝坡外水位高出条块底面中点的距离；
Ui 水库水位降落前坝体中的孔隙压力；
U 稳定渗流期或水库降落期坝体或地基中的孔隙压力；
条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角。
C’ 施工期有效应力法中粘性土的强度指标
Cu 施工期总应力法中的土的强度指标。
Ccu， 稳定渗流期和水库水位降落期中的土的强度指标。
锡伯河堤防稳定计算成果表
位 置
工 况
上 游
下 游
稳定渗流期
2.11
1.896
施 工 期
2.51
2.17
水位降落期
2.118

考虑地震（7度）
1.97
1.78
半支箭河堤防稳定计算成果表
位 置
工 况
上 游
下 游
稳定渗流期
2.01
1.492
施工期
2.432
2.08
水位降落期
2.018

考虑地震（7度）
2.324
1.88

安全系数符合规范要求，坝体稳定。通过以上计算，根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-98），两道堤防均属2级，抗滑稳定安全系数正常运用条件k允=1.25，非常运用条件Ⅰk允=1.15，由成果知上游各个工况的稳定安全系数均在允许范围内的安全系数，堤防稳定。堤防上下游坡稳定计算简图如前页。