1F410000 水利水电工程技术

第6讲 工程设计

1F411025 水力荷载

静水压力、扬压力、浪压力

静水压力

水工建筑物设计状态：

持久设计状态：正常蓄水位（防洪高水位）

短暂设计状态：检修期水位

偶然设计状态：校核洪水位

扬压力



浮托力：下游水深（减压井）

渗透压力：上下游水位差（防渗）

1F411026 渗流分析

土石坝的渗流分析的内容：

确定浸润线的位置

确定渗流的主要参数

渗流流速

坡降

确定渗流量



渗透系数

大小主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数及水温。



式中，Q—实测的流量（m3/s）；

A—通过渗流的土样横断面面积（m2）；

L—通过渗流的土样高度（m）；

H—实测的水头损失（m）。

渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四种基本形式。

管涌

非黏性土土体内的细小颗粒沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出，致使土层中形成孔道而产生集中涌水的现象。一般发生在无黏性砂土、砂砾土的下游坡面和地基渗流的逸出处。

当土体中个体细小粒在渗流作用下开始在孔隙内移动时的水力坡降称为临界坡降。更粗大的土粒开始流动，产生渗流通道，土体表面发生大面积破坏时的水力坡降，称为破坏坡降。

流土

非黏性土土体内的颗粒群同时发生移动的现象；或者黏性土土体发生隆起、断裂和浮动等现象。流土现象主要发生在黏性土及较均匀的非黏性土体的渗流出口处。

防止渗透变形的工程措施

改善岩土体的结构特性，提高其抵抗渗透变形的能力，只用在岩体中。

采取措施截断岩（土）体中的渗透水流或减小岩（土）体中渗透水流渗透比降，使其小于允许比降。

兴建防渗墙：最可靠的方法

增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力

防止渗透变形的具体工程措施

设置水平与垂直防渗体，增加渗径的长度，降低渗透坡降或截阻渗流。

设置排水沟或减压井，以降低下游渗流口处的渗透压力，并且有计划地排除渗水。

对有可能发生管涌的地段，应铺设反滤层，拦截可能被渗流带走的细小颗粒。

对有可能产生流土的地段，则应增加渗流出口处的盖重。盖重与保护层之间也应铺设反滤层。应当指出，渗透变形可以是单一形式出现，也可以是以多种形式出现于不同部位。

反滤层

滤土排水，防止在水工建筑物渗流出口处发生渗透变形。

在土质防渗体与坝身或与坝基透水层相邻处以及渗流出口处，必须设置反滤层。沿着渗流方向粒径由小到大。



反滤层要求：

相邻两层间，颗粒较小的一层的土体颗粒不能穿过较粗的一层土体颗粒的孔隙；

各层内的土体颗粒不能发生移动，相对要稳定；

被保护土壤的颗粒不能够穿过反滤层；

反滤层不能够被淤塞而失效；

耐久、稳定，在使用期间不会随着时间的推移和环境的影响而发生性质的变化。



过渡层

作用是避免在刚度相差较大的两种材料之间产生急剧变化的变形和应力。

面板堆石坝中的过渡区、基础垫层

案例：

某工程上游围堰断面和地基情况如下图所示。



上游围堰背水侧发生管涌，施工单位在管涌出口处采用反滤层压盖进行处理。反滤盖层材料包括：块石、大石子、小石子、粗砂等，如图所示。

问题：

1. 分别指出图中1、2、3所代表的材料名称。

2. 简要说明本工程管涌的抢护原则。

答案：

1. 1代表大石子，2代表小石子，3代表粗砂。

[1] [2]

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