渗流基本知识(3)

个字母）

1型浸润曲线（（1）P

h0?h???）

h?h0?A?A0?讨论两端极限情况。

dh?0ds 壅水曲线

上游端

h?h0?A?A0?dh?0ds，浸润曲线以N——N线为渐近线。

h???A???下游端

（2）P2型浸润曲线（

dh?ids，浸润曲线以水平线为渐近线。

0?h?h0）

h?h0?A?A0?讨论两端极限情况。

dh?0ds 降水曲线

上游端

h?h0?A?A0?dh?0ds，浸润曲线以N——N线为渐近线。

h?0?A?0?下游端

dh???ds，浸润曲线与槽底呈正交趋势，这只是数学分析

的结果，说明渗流不再属于渐变渗流。实际上浸润曲线将会以某一不等于零的水深为终点，这个水深的值取决于具体的边界条件。

由于地层广阔，地下明槽的渗流常按一维流动处理，并将过水断面简化为宽阔的矩形断

hA0h0???h0，则dh?h0d?，将其代入微分方程化简整理可得 Ah。若令面，此时

ds?h0d?h?d?h01?0?(1?)d?1i??1i??1i(1?)?

对上式积分可得

s?h0h??1[?2??1?ln(?2?1)?ln(?1?1)]?0[?2??1?2.31lg2]ii?1?1

?2?式中，

h2h?1?1h0，h0，h1、h2分别为1——1断面与2——2断面的水深，s为两

断面间的流段距离。

1、P2型浸润曲线。 这就是正坡棱柱体地下河槽的浸润曲线方程，可用来求解P2、平坡浸润曲线

以i?0代入渗流基本微分方程可得

Q??kAdhds

dhQ??dskA

dh?0ds由于，故可断定平坡上的浸润曲线是唯一的降水曲线，常称为H型浸润线。两

端极限情况讨论如下。

h???上游端

dh?0ds，浸润曲线以水平线为渐近线。 dh???ds，浸润曲线与槽底呈正交趋势。

h?0?下游端

对于矩形地下河槽，上式简化为

dhq??dskh

qds??hdhk

积分可得

s?k22(h1?h2)2q

利用上式可进行平坡浸润线的计算。 3、反坡上的浸润曲线

对于反坡，没有正常水深，渗流仅有一个区，发生在反坡上的浸润曲线称为A型浸润曲线。设想有一正坡i???i，对i?而言，可能出现均匀渗流，流量可用均匀流关系代替，即

?i?q?kh0，于是渗流基本微分方程将改写为

?i??kh(i?kh0dh)ds

以i??i?代入，并令

???h?h0，则上式简化为

dh1??i?(1?)ds??

dh?0ds由上式可知，，故反坡上的浸润曲线为降水曲线。

h???上游端

dh??i??ids，浸润曲线以水平线为渐近线。

h?0?下游端以

dh???ds，浸润曲线与槽底呈正交趋势。

?d??dh?h0，代入上式分离变量得

ds?????d??h0h?1??0(1?)d??????i1??i1??

积分得

s?

?h0???1???2??2.3lg2)(?1??1i??1

式中，0为与底坡i?相应的正坡上的正常水深。利用上式即可进行反坡浸润曲线的计算。

h?第五节 水平不透水层上均质土坝的渗流计算

土坝是应用最广泛的一种挡水坝。土坝渗流分析和计算的主要任务是确定浸润线的位置以及计算渗流流速和渗透流量。前二者关系到土坝的稳定安全，后者关系到水量损失。浸润线以下的土体处于饱和状态，其土颗粒要受到浮力作用，因而使坝体自重减小，于稳定不利。此外，饱和区土的抗剪强度减小，这也对坝体稳定不利。渗流流速的大小决定着坝体是否会出现渗透变形和局部沉降。据国外土坝失事统计，45%是由于渗流问题引起的。因此，为了分析坝坡稳定性和选择防渗排水设施，必须进行土坝的渗流计算。

一般情况下，沿河宽土坝断面比较一

致，土坝渗流可以看作是平面问题。这种平面渗流问题，在坝的断面形状和地基条件比较简单的情况下，可以近似按一维渐变渗流处理。本节主要讨论最简单的也是最基本的不透水地基上均质土坝的渗流计算，其它类型土坝的渗流问题将在其它课程中介绍。

所谓不透水地基是指地基土壤的渗透系数比坝体土壤的渗透系数小百倍以上的情况。 如图所示的水平不透水地基上的均质土坝，上游水深为H1，下游水深为H2，上下游水深保持不变，则渗流为恒定流。在上下游水位差作用下，水流从上游坝面AB向坝体入渗，

由于克服阻力，渗流不断损失能量，水头不断降低，直到下游坝坡，其中一部分渗流从下游坝面CC?渗出，顺坡而下，另一部分则从C?D流入下游，结果形成了如图所示的浸润线形状。浸润线与下游边坡的交点称为逸出点，渗出段CC?的竖向高度以

a0表示。那么浸润线

AC有何特点呢？由于上游坝面AB是渗流的起始过水断面，而浸润线则是最上面的一条流

线，根据流线应垂直过水断面的原则，浸润线在A点垂直于坝面AB。此外，浸润线也代表了测压管水头线的变化，根据能量沿程减小原则，浸润线应该逐渐降低，并在逸出点处与下游坝坡相切，而且逸出点高于下游水位。存在渗出段的原因可解释如下：下游坝坡C?D在下游水面以下，其上各点的水头是常数，故C?D是等势线。若逸出点C点不在C?之上，而与C?重合，则根据流线与等势线正交原则，浸润线在C?位置处应与下游坝坡相垂直，这就意味着水头线要有所上升才能实现，这是不可能的，所以，逸出点C的位置一定比C?点高，即存在渗出段。不过这个渗出段CC?既不是流线，也不是等势线，也不是渗流的过水断面，浸润线在C点与下游坝坡相切，水流渗出后顺坡而下。凯塞格朗德研究了不同上下游坝坡情况下的浸润线形状，也都是上有与坝坡相垂直，下游逸出点处与坝坡相切。

一、渗流流量的计算

关于土坝渗流分析的计算方法常用的是分段法，并且有两段法和三段法两种。分段法最早是由巴甫洛夫斯基提出的，后经进一步的补充和修正。三段法是把坝体内渗流区划分为三段，第一段为上游三角楔形体ABE，第二段为中间段AEGC，第三段为下游渗出段CGD。对每一段可应用非均匀渐变渗流的杜比公式计算渗流流量。由于通过每段的流量应该相等，通过联合求解可求得整个土坝的渗流流量及逸出点水深，从而绘出浸润线AC。两段法是在三段法的基础上进行简化，把上游ABE用一个等效矩形AEB?A?代替，这样一来，可将第一段和第二段合并为一段，即上游渗流段为A?B?GC。下面就介绍两段法的计算过程。

1、上游段A?B?GC的计算

根据试验，由米哈依洛夫建议提出的等效矩形体的宽度?L可由下式确定。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库渗流基本知识(3)在线全文阅读。