渗流计算（焦建华）.pdf

1、 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 1 1）渗透 1 2）渗透影响 1 3）渗透变形及判别 2 二）、 渗流计算的基本原理及渗透 系数 3 1）达西定律 3 2）渗透系数的确定 3 3）渗透系数的应用 5 三）、 渗流计算的基本方程 6 二二

2、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 6 1）渗流计算的目的 6 2）渗流计算的内容 6 3）渗流计算工况及水位组合的选择 7 4）渗流计 算的方法 9 5）渗透系数的选用 10 6）渗透稳定计算 10 7）渗透稳定结果分析 11 二）堤防渗流计算 .11 1）增加了渗流量计算条件 11 2）水位组合结合堤防工程的特点 11 3）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 .12 1）与土石坝渗流计算的比较 1

3、2 2）渗流计算的目的 12 3）渗流计算的工况及水位组合选择 12 4）渗流计算的主要方法 13 5）侧向绕渗 24 1一一一 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

4、 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

5、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

6、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 ） KnGJ s /)1)(1( = 3式中 ： sG 土粒比重 ； n 土的空隙率 （以小数计

7、 ）； K 安全系数 1.52.0。 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 = 21 kJAvAq = 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

8、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 ， XZkk=，转化为各向同性均质地基，其平均 渗透系数 zx kkk = 。进行渗流计算后 得各点水头后 ，再把水平尺

9、寸除以 ，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： TTkTkTkK nnx+= L2211 垂直于层向的等效平均渗透系数 Ky 为： nnykTkTkTTK+=L2211式中 ： k1、 k2、 kn 分别为各层土的渗透系数 ； T1、 T2、 Tn 分别为各层

10、土的 厚度 ； 总厚度 T= T1+T2+ +Tn 由以上各式可知 ， Kx可近似的由最透水的一层的渗透系数和厚度控制 ，而 Ky 则可近似的由最不透水的土层的渗透系数和厚度控制 。所以 ，多层土的平行层向的渗透系数 Kx 总是大于垂直层向的渗透系数 Ky。 53）渗透系数的应用 3.1）判别土的渗透性和土的类别 根据土体的渗透系数大小对土体渗透性分六个级别 。并可依据渗透系数的 大小初步判别土层类别 。 岩土体渗透性分级表 渗透性等级 渗透系数 K（ cm/s） 土的 初步 类别 极微透水 K 10-6 粘土 等 微透水 10-6 K 10-5 亚粘土等 弱透水 10-5 K 10-4 粉质

11、粘土等 中等透水 10-4 K 10-2 砂土等 强透水 10-2 K 1 圆砾 、卵石等 极强透水 K 1 抛石等 3.2）选择 防渗土料的依据 依据 碾压式土石坝设计规范 （ SL274-2001）第 4.1.5-1 条的规定 ：均 均均 均质土坝土料的渗透系数不大于质土坝土料的渗透系数不大于质土坝土料的渗透系数不大于质土坝土料的渗透系数不大于 1 10-4cm/s， ，心墙和斜墙的渗透系数不大于 心墙和斜墙的渗透系数不大于心墙和斜墙的渗透系数不大于心墙和斜墙的渗透系数不大于1 10-5cm/s。 。 碾压式土石坝设计 规范 第 6.2.13-4 条规定 ：防渗铺盖所采用不透水土料填筑的渗

12、透系数应不小于 i 10-6cm/s。 3.3）选择 渗流量计算的依据 依据 堤防工程设计规范 （ GB50286-98）第 8.1.2-2 条的规定 ：当堤身、堤基土渗透系数 K 10-3cm/s 时，应计算渗流量 。 6三）、渗流计算的基本方程 在三维渗流场中取一微单元 ，根据质量守恒定律可推导出渗流连续方程，再将三向流速分量的达西定律微分式代入连续方程即可导出渗流基本方程 。 tHSzHkzyHkyxHkx zyx =+ )()()(上式考虑了土体的非均质 、各向异性和可压缩性 ，适用于稳定渗流和非稳定渗流 ，对有压渗流和无压渗流 也普遍适用 。 对各向同性土的稳定渗流 ，可导出如下拉普

13、拉斯方程 0222222=+ zHyHxH 以上公式是渗流计算采用数值分析法的基本公式 。 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 一）、土石坝渗流计算 依据 碾压式土石坝设计规范 （ SL274-2001）第“ 8.1 渗流计算 ”的内容 ，结合工程设计实际情况 ，对其中条款进行解读 。 1）渗流计算的目的 1.1）进行渗透稳定分析 ，作为进行防渗和反滤设计的依据 ； 1.2）进行坝坡稳定计算 ，复核大坝结构尺寸的选择 ； 1.3）估算水库渗漏损失 ，作为确定水库兴利库容的依据 。 2）渗流计算的内容 7“ 8.1.1-1”确定坝体浸

14、润线及其下游 出逸点的位置 ，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图 ； 理解 ：针对所有计算工况 。计算浸润线的时可同时计算出 出逸点的位置，但采用公式法计算浸润线时 ，需要手绘流网图 。 “ 8.1.1-2”确定坝体与坝基的渗流量 ； 理解 ：该条主要为估算 水库 渗漏损失 ，仅考虑 正常蓄水情况 即可 。 “ 8.1.1-3”确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降 ，以及不同土层之间的渗透比降 ； 理解 ：计算浸润线的同时可确定 坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降。不同土层之间的渗透比降需根据实际需要进行计算 ，具体计算时首先应确定计算的部位 ，再根据流网图进 行计算 LhJa = 。

15、“ 8.1.1-4”确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力 ； 理解 ：针对确定的工况进行计算即可 。其渗流场内任意点的空隙压力 u则根据需要依据规范附录 C 进行计算 。 “ 8.1.1-5”确定坝肩的等势线 、渗流量和渗透比降 。 理解 ：属三维渗流 ，但根据需要可简化为平面渗流问题进行计算 。但一般不需要计算该项内容 。 以上计算内容均应结合计算目的进行计算以上计算内容均应结合计算目的进行计算以上计算内容均应结合计算目的进行计算以上计算内容均应结合计算目的进行计算 ， ，当不需要时 当不需要时当不需要时当不需要时 ， ，可不进行计 可不进行计可不进行计可不进行计算算算 算。 。

16、 。 3）渗流计算工况及水位组合的选择 “ 8.1.2-1” 上游正常蓄水位与下游相应的最 低水位 ； 理解 ：下游无水时 ，对应下游地面 。设计地震烈度为 7 度及以上时 ，8应增加抗震计算工况 。按二维 、无压 、稳定渗流问题进行计算 。 “ 8.1.2-2” 上游设计洪水位与下游相应的水位 ； 理解 ：下游无水时 ，对应下游地面 。按二维 、无压 、稳定渗流问题进行计算 。 “ 8.1.2-3” 上游校核洪水位与下游相应的水位 ； 理解 ：下游无水时 ，对应下游地面 。可按二维 、无压 、稳定渗流问题进行计算 。 “ 8.1.2-4” 库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况 。 A）具体

17、计算工况的选择 正常运 用条件 ：正常库水位降落至死水位 ； 非常运用条件 ：校核洪水位降落至死水位 ； B）计算情况判别 （ 1） 101Vk ，属库水位骤降情况 ，坝体内渗流自由水面保持总水头的90%左右 ，为了偏于安全 ，可近似认为坝 体浸润线基本保持原位置不变 ，即为水位开始降落前的稳定渗流的浸润线 。 （ 2） 60Vk ，属库水位 极缓慢下降 ，浸润线随库水位下降 ，坝体内 渗流自由水面已不到总水头的 10%，此时可不必进行渗流计算 。 （ 3） 60101 Vk ，属库水位缓降 ，浸润线的下降介于以上两种情况之间，可按二维 、无压 、不稳定渗流问题进行计算 。 （ 4） Vk 的

18、计算 9式中 ： k 渗透系数 ， m/d； 给水度 ，参考 堤防工程设计规范 表 E.6.1； V 库水位下降速度 ， m/d。正常蓄水位降落时 ，根据库容曲线和设计泄洪流量计算 确定 ；校核洪水位降落时 ，根据库容曲线和最大泄洪流量计算确定 。 4）渗流计算的方法 土石坝渗流 是一个比较复杂的三维空间问题 ，但一般工程设计均将其简化为平面问题进行处理 。渗流计算的主要方法有解析法 、手绘流网法 、电拟实验法和数值法 。公式法属于解析法中的水力学法 ，有限元法则属于数值法 。 碾压式土石坝设计规范 （ SL274-2001）中，“对 1 级、 2 级坝和高坝应采用数值法 计算确定渗流场的各种

19、渗流因数 。对其他情况可采用公式进行计算 。” 目前利用 理正渗流分析软件 ，其中有公式法和有限元法 ，可计算 实际工程设计中的各种渗流问题 ，并可相互校正 。公式法的具体计算公式详见堤防工程设计规范 （ GB50286-98）附录 E 及其它有关资料 。 利用软件程序计算时 ，可在程序中直接输入计算模型 ，也可以 在 CAD中绘制 计算模型转化为 DXF 文件 ，然后 读入计算软件程序即可 。 10 5）渗透系数的选用 碾压式土石坝设计规范 “ 8.1.3 渗流计算应考虑坝体和坝基渗透系数的各向异性 ”。 各向异性 土转化为各向同性土 的平均渗透系数为yx kkk = ，但计算渗流场的水平距

20、离需乘一个比例系数Xykk= ，计算完后再除以该比例系数 ，转化回各向异性土区域的实际流网 ，其流网的流线和等 势线是斜交的 。在实际工程设计中 ，一般 地质资料中没有分方向提供渗透系数 ，而是提供一个范围 。则建议 实际工程设计中 计算浸润线时直接 采用 小值平均值 ，仅在计算渗透流量时采用大值平均值 。 6）渗透稳定计算 “ 8.2.1-1”判别土的渗透变形形式 ，即管涌 、流土 、接触冲刷或接触流失等 ； 理解 ：土的渗透变形 类型已由地质资料提供 ，仅结合工程设计具体 部位进行判别即可 。 “ 8.2.1-2”判明坝和坝基土体的渗透稳定 ； 理解 ：根据设计需要 ，就坝体和坝基内部 具

21、体部位的 渗透比降 aJ 是否11 满足 渗透稳 定条件 ： JJa ，进行判明 。 “ 8.2.1-3”判明坝下游渗流出逸段的渗透稳定 。 理解 ：根据以上计算结果 ，就坝体和坝基出逸比降是否满足渗透稳定条件 ： JJ ，进行判明 。 7）渗透稳定结果分析 7.1）满足渗透稳定条件 ： JJ 。 7.2）不满足渗透稳定条件 ： JJ ，则建议处理措施 。 二）堤防渗流计算 依据 堤防工程设计规范 （ GB286-98）和海堤工程 设计规范 （ SL 435-2008）， 渗流计算的目的 、计算内容 、计算方法 、参数选用等基本同 碾压式土石坝设计规范 渗流计算 。主要区别如下 ： 1）增加了

22、渗流量计算条件 当堤身 、堤基土渗透系数 K 10-3cm/s 时，应计算渗流量 。 2）水位组合结合堤防工程的特点 2.1）无正常蓄水位和无校核洪水位组合情况 ； 2.2）洪（潮水 ）降娩速度应根据设计洪 （潮）水过程线确定 。 3）根据堤防功能特点 ，增加了一种计算模型 当直接与堤底连接的地基土层的渗透系数比堤身的渗透系数大 100 倍及以上时 ，可认为堤身不透水 ，仅对堤基按有压 流进行渗透计算 ，堤身浸润线的位置可根据地基中的压力水头确定 。 渗流计算方法采用直线 比例 法或改进阻力系数法 。 12 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

23、站渗流计算 1）与土石坝渗流计算的比较 1.1）水闸渗流计算与土石坝渗流计算的基本原理是一致的 ，都假定渗流运动符合达西定律 kJv = 。基本理论采用简化后的拉普拉斯方程02222=+ yHxH 。 1.2）土石坝渗流属于无压渗流 ，存在自由水面 ，即浸润面 ，在平面问题中称为浸润线 ，也是流网的最上部一根流线 ，而且浸润线是未知的 ，需要求解 。水闸渗流属于有压渗流 ，最上部的一根流线即闸底地下轮廓线 ，是已知的 。 1.3）土石坝渗流可计算多种土层和不稳定渗流问题 。目前水闸渗流计算时均假定地基为均匀的 ，按稳定渗流计算 。 1.4）由于水闸 、泵站的渗流计算比较简单 ，目前 实际工程设

24、计中以手算为主 。 1.5）进行渗透稳定判断的水平段和出口段允许渗流坡降值已经由 水闸设计规范 表 6.0.4 给出 ，地质专业也应结合该表提供资料 ，专门针对水闸工程 。 2）渗流计算的目的 1.1）进行主要结构设计的需要 ，复核顺渗 流方向的结构尺寸 ； 1.2）进行渗透稳定分析 ，作为 防渗 、排水 和反滤 设计的 依据 ； 1.3）进行结构稳定计算的需要 。 3）渗流计算的工况及水位组合选择 13 与稳定计算的工况及水位组合一致 。主要计算工况如下 ： 3.1）设计 洪（潮）水位对应内河最低运行水位 ； 3.2）校核洪 （潮）水位对应内河设计运行水位 ； 3.3）内河最高蓄水位对应外河

25、可能最低水位 。 4）渗流计算的 主要 方法 依据 水闸设计规范 （ SL265-2001）， 岩基上水闸基底压力计算可采用全截面直线分布法 全截面直线分布法全截面直线分布法全截面直线分布法 。土基上水闸基底渗透压力计算可采用 改进阻力系数改进阻力系数改进阻力系数改进阻力系数法法法 法或流网法 流网法流网法流网法 ；复杂土质地基上的重要水闸 ，应采用 数值计算法数值计算法数值计算法数值计算法 。在工程规划和可行 性研究阶段 ，初步拟定的闸基防渗长度 时，可采用 直线比例法直线比例法直线比例法直线比例法 （ （渗 渗渗 渗径系数法径系数法径系数法径系数法 ） ）。 。 。 依据 泵站设计规范 （

26、 GB/T50265 97）， 其计算方法与水闸设计规范中的规定一致 。 4.1）全截面直线分布法 适用于地基条件为 岩基时 ，计算方法较简单 ，具体计算参见 水闸设计规范 附录 C.1。当闸基设置 帷幕 、排水孔时 ，关键是确定渗透压力强度系数 。附录 C.1 中的渗透压力强度系数 取值为 0.25，是指闸基同时设置防渗帷幕和排水孔时 。其它情况 可参照重力 坝渗压计算的有关规定 。 ( )LhHU S= 21 ( )( )aLLhHU S += 121 14 4.2）流网法 流网图由流线与等势线这两组正交曲线组成 ，可直接手绘得到 ，也可以通过实验或图解来完成 ，较为简便 ，又有足够的精度

27、 。但在 我们 目前的实际工程设计中 ，不方便 ，所以没有应用 。 4.3）直线比例法 直线比例法是假定渗流沿地下轮廓流动时 ，水头损失沿程按直线变化求地下轮廓各点的渗透压力 。直线比例法有勃莱法和莱茵法两种 ， 水闸设计规范 采用的公式在形式上与勃莱法相似 ，但所采用的渗径系数进行了修正 ，更为合理 。虽然经过改进 ，但计算结果 与实际情况仍有一定出入 ，又因简单实用 ，所以主要用于设计前期阶段 。 计算公式 L C H 式中 L 闸基防渗长度 ，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和 (m)； H 上、下游水位差 (m)； C 允许渗径系数值 ，查水闸设计规范 表 4.3.2。当闸基

28、设板15 桩时 ，可采用表中所列规定值的小值 。 4.4）数值计算法 数值计算法主要是基于拉普拉斯方程的有限元法 ，具体计算需借助计算机和专业软件才能完成 。 4.5）改进阻力系数法 改进阻力系数法是在独立函数法 、分段法和阻力系数法等方法的基础上综合发展起 来的一种精度较高的近似计算方法 。因该方法 简单易懂 ，计算方便 ，精度较高 ，所以在实际工程设计中得到广泛应用 。 （ 1）基本原理 改进阻力系数法的基本原理时把具有复杂地下轮廓的地基渗流分成若干简单的段 ，应用已知的流体力学解求出各段阻力系数 ，再将各段累加求得解答 。 根据达西定律 ，渗流区段的单宽流量 q 为： lhAkAkJq

29、= 则 kqAlh = 令 =Al 则 kqh = 式中 为渗流区段的阻力系数 。显然 ，只与渗流区段的几何边界形状有关 ，是渗流边界条件的函数 ，的大小表示各分段相对防渗效果的大小。 根据渗流的连续性条件 ，经过各渗流段的单宽渗流量 iq 均相等 。 则有 kqh ii = 根据能力守恒定律 ，总水头损失等于各分段水头损失之和 。 则有 =niinii kqhH11 16 联立以上两式 ，消去 kq ，则得各流段的水头损失为 ： Hhiii = 求出各段水头损失后 ，由出口处 （渗压水头为零 ）向上游依次叠加各分段水头损失 ，即可得到各段分界点处的渗压水头 。各分段范围内的水头损失按直线变化

30、计 ，则可绘出沿闸基地下轮廓的渗透压力分布图 。 （ 2）计算公式与方法步骤 采用改进阻力系数法进行渗流计算的具体公式详见 水闸设计规范 附录 C.2。在此主要讲解 一下具体计算方法和步骤 。 17 步骤一步骤一步骤一步骤一 ： ：确定地基有效深度 确定地基有效深度确定地基有效深度确定地基有效深度 改进阻力系数法适用于有限深的透水地基 ，当透水地基为无限深或比较深时 ，地基 计算深度应采用有效深度 。 当 500 SL时 , 05.0 LTe = 当 500 SL 时 , 26.15000+=SLLTe式中 Te 土基上水闸的地基有效深度 (m)； L0 地下轮廓的水平投影长度 (m)； S0

31、 地下轮廓的垂直投影长度 (m)。 当计算的 Te 值大于地基实际深度时 ， Te 值应按地基实际深度采用 。 注意 ： （ 1） 地下轮廓的 水平投影长度指进 、出口 计算点之间的水平距离 ； （ 2） 地下轮廓 的垂直投影长度应是包括防渗桩在内的 地下轮廓最高点以下的 最大 投影长度 ； （ 3） 计算地下轮廓时防渗桩的 底部不得 低于相对不透水层 ，即必须在防渗桩下有一定的透水层 。 步骤二步骤二步骤二步骤二 ： ：分段并计算各段阻力系数 分段并计算各段阻力系数分段并计算各段阻力系数分段并计算各段阻力系数 从地下轮廓各转折点处作等势线进行分段 ，然后计算各段阻力系数 。划分的各种渗流区段

32、可分别归纳为三种基本典型段 ，分别为 ： 18 A）进、出口段 441.05.1 230 +=TSB）内部垂直段 C）水平段 ( )TSSLxx217.0 += 式中 0、 y、 x 分段 阻力系数 ； S、 S1、 S2 板桩或齿墙的入土深度 (m)； T 地基透水层深度 (m)。 进、出口段 内部垂直段 内部水平段 注意注意注意注意 ： ： （ 1） 分段时可以根据实际 地下 轮廓形状较复杂分段 ，也可以 根据实际情况 适当简化分段 ； （ 2） 水闸设计规范 附录 C.2 中未提供倾斜底板的阻力系数 计算公式，所以内部所有分段均为水平和垂直两种基本形式 。当倾斜段19 较长时 ，应在斜段

33、之间分成若干水平和垂直段 ，最后再对水力坡降线进行 修正即可 。 （ 3） 进、出口段的入土深度 S 分别为上 、下游边界等势线 （即河床 线）以下的 齿墙或板桩 深度 ； （ 4） 水平段两侧的入土深度 S1、 S2 是指闸基计算轮廓线以下的深度 ； （ 5） T 指对应计算点的透水层深度 。 步骤三步骤三步骤三步骤三 ： ：进 进进 进、 、 、出口段水头损失的修正 出口段水头损失的修正出口段水头损失的修正出口段水头损失的修正 当进 、出口处的入土深度较小时 ，进、出口段的阻力系数计算值偏大 ，进、出口段的水力坡降线呈急变曲线型式 ，与实际的误差加大 ，需要对进 、出口段的水头损失进行必要

34、修正 ，才能得到与实际急变曲线接近的坡降线 。 （ 3.1）进、出口段修正后的水头损失值可按 以下 公式计算 ： 00 hh = =niihh10 +=059.0212121.12TSTT20 式中 h0 进 ,出口段修正后的水头损失值 (m)； h 0 进 ,出口段水头损失值 (m)； 阻力修正系数 ,当计算的 1.0 时，采用 1.0； S 底板埋深与板桩入土深度之和 (m)； T 板桩另一侧地基透水层深度 (m)。 （ 3.2）修正后水头损失的减小值可按 下列 公式计算 ： ( ) 01 hh = 式中 h 修正后水头损失的减小值 (m)。 （ 3.3）水力坡降呈急变形式的长度可 下列

35、按公式计算 ： = niiX THhL 式中 Lx 水力坡降呈急变形式的长度 (m)。 （ 3.4）出口段渗透压力分布图形可按下列方法进行修正如图所示 ，图中的 QP为原有水力坡降线 ，根据 以上 公式计算的 h 和 Lx 值，分别定出 P 点和 O 点 ,连接 QOP，即为修正后的水力坡降线 。 21 （ 3.5）进、出口段齿墙不规则部位可按下列方法进行修正 (见图 )： （ 3.5.1）当 hx h 时，可按 下列 公式进 行修正 ： hhh xx += 式中 hx 水平段的水头损失值 (m)； hx 修正后的水平段水头损失值 (m)。 （ 3.5.2）当 hx h 时，可按下列两种情况分

36、别进行修正 ： 3.5.2.1）若 hx +hy h，可按 下列 公式进行修正 ： xx hh 2 = hhhh yy += 式中 hy 内部垂直段的水头损失失值 (m)； hy 修正后的内部垂直段水头损失值 (m)。 3.5.2.2）若 hx +hy h，可按 下列 公式进行修正 ： yy hh 2 = ( )yxcdcd hhhhh += 式中 hcd 图中 CD 段的水头损失值 (m)； 22 hcd 修正后的 C段水头损失值 (m)。 注意注意注意注意 ： ： （ 1）进行修正时 ，是在影响范围内从两端向中间修正 ； （ 2）一般情况下 ，当进 、出口段的 5.0TS 时，就应对进 、

37、出口段的水头损失进行修正 ； （ 3）对进、出口 段的 水头损失修正时 ，进、出口段 水头损失的减小 h应等于相邻段水头损失的增大值 。 步骤四步骤四步骤四步骤四 ： ：绘制水力坡降线 绘制水力坡降线绘制水力坡降线绘制水力坡降线 ， ，计算渗流坡降值 计算渗流坡降值计算渗流坡降值计算渗流坡降值 （ 4.1）计算 各分段水头损失值 ： =niiiiHh1式中 ih 各分段水头损失值 (m)； i 各分段的阻力系数 ； n 总分段数 。 以直线连接修正后的各分段计算点的水头值 ，即得修正后的渗透压力分布图形 。 （ 4.2）计算渗流坡降值 ： 水平段渗流坡降值 xJ 出口段渗流坡降值 J xxx

38、LhJ = 0ShJ = 23 （ 3）实例讲解 24 5）侧向绕渗 5.1）侧向绕渗的特点 土基上的水闸除闸基渗流外 ，还在闸基两侧的地基和边墩两侧的连接部位 ，发生绕流渗透 。绕渗属于典型的三维无压渗流问题 。绕渗流线可能向下游排水口集中 ，导致下游排 水口附近的水头坡降增大 。 5.2）侧向绕渗的危害性及防治措施 绕渗对下游的边墩 、翼墙 、岸墙产生渗透压力 ，影响建筑物稳定 。因绕渗增大了下游排水口附近的渗透坡降 ，也可能使填土发生危害性的渗透变形 。同时增加了下游闸基的水力坡降 ，影响闸基出口的渗透稳定 。尤其是对建在透水性地基上的窄的建筑物 ，危害更为显著 。 防治侧向绕渗危害性的

39、主要措施是 ：一方面加强侧向防渗设施 ，使侧向防渗与闸基防渗设施相协调 ；另一方面加强下游反滤排渗设施 ，有效降低排渗出口附近的渗透坡降 。 5.3）侧向绕渗的计算方法 侧向绕渗属于三维无压渗流问题 ，较精确的解答可由三维电拟实验法求得 。在实际工程设计中 ，简化为二维平面问题进行处理 。依据 水闸设计规范 ， 主要分两种情况计算 。 情况一 ：当岸墙 、翼墙墙后土层的渗透系数小于或等于地基土的渗透系数时 ，侧向渗透压力可近似地采用相对应部位的水闸闸底正向渗透压力计算值 ，但应考虑墙前水位变化情况和墙后地下水补给的影响 ； 情况二 ：当岸墙 、翼墙墙后土层的渗透系数大于地基土的渗透系数时 ，可按闸底有压渗流计算方法进行侧向绕流计算 。