度为h,则通过心墙、截水墙的渗流量q 下游坝壳和坝基段:由于心墙后浸润线的位置较低,可近似地取浸润线末端与堆石棱体的 上游端相交,然后分别计算坝体和坝基的渗流量 当下游有水时,可近似的假定浸润线逸出点在下游水面与堆石棱体内坡的交点处,用上述 同样的方法进行计算 3)斜墙土石坝有限深透水地基上的斜墙土坝,一般同时设有截水墙或铺盖。前者用 以拦截透水地基,后者用以延长渗径、减小渗透坡降,防止渗透变形,两种结构的布置如图所 1)有截水墙的情况它与心墙土坝的情况类似, 当下游无水时,B=0,L=L。当P0时,也可得出不透水地基上斜墙坝的渗流计算公式 2)有铺盖的情况当铺盖与斜墙的渗透系数比坝体和坝基的渗透系数小很多时,可近似 地认为铺盖与斜墙是不透水的,并以铺盖末端为分界线,将渗流区分为两段进行计算。 (四)总渗流量计算 计算总流量时,应根据地形及透水层厚度的变化情况,将土石坝沿坝轴线分为若干段, 如图所示,然后分别计算各段的平均单宽流量,则全坝的总渗透流量Q可按下式计算 e[4+(4+92+…+(gn2+qn)1+9nn 中l1、l2……l——各段坝长 q1、q2……qn-—断面1、断面2处的单宽流量; 渗流量计算图 三、渗流分析的手绘流网法 (-)流网的特性 (1)流线和等势线都是圆滑的曲线。 (2)流线和等势线是互相正交的,即在相交点,二曲线的切线互相垂直 (二)流网的绘制 以不透水地基上均质坝为例说明手绘流网的方法,如图所示
度为 h，则通过心墙、截水墙的渗流量 1 q 下游坝壳和坝基段:由于心墙后浸润线的位置较低,可近似地取浸润线末端与堆石棱体的 上游端相交,然后分别计算坝体和坝基的渗流量。 当下游有水时,可近似的假定浸润线逸出点在下游水面与堆石棱体内坡的交点处,用上述 同样的方法进行计算。 （3）斜墙土石坝 有限深透水地基上的斜墙土坝,一般同时设有截水墙或铺盖。前者用 以拦截透水地基,后者用以延长渗径、减小渗透坡降,防止渗透变形,两种结构的布置如图所 示。 1)有截水墙的情况 它与心墙土坝的情况类似, 当下游无水时，H2=0，L1=L。当 T=0 时，也可得出不透水地基上斜墙坝的渗流计算公式。 2)有铺盖的情况 当铺盖与斜墙的渗透系数比坝体和坝基的渗透系数小很多时，可近似 地认为铺盖与斜墙是不透水的，并以铺盖末端为分界线，将渗流区分为两段进行计算。 (四)总渗流量计算 计算总流量时，应根据地形及透水层厚度的变化情况，将土石坝沿坝轴线分为若干段， 如图所示，然后分别计算各段的平均单宽流量，则全坝的总渗透流量 Q 可按下式计算： Q= n n n n n q l q q l q q l q l 1 1 1 2 2 2 1 1 1 ( ) ( ) 2 1 + + ++ − + − − + − 式中 1 l 、 n l l 2 ——各段坝长； 1 q 、 q2 qn ——断面1、断面2处的单宽流量； 渗流量计算图 三、渗流分析的手绘流网法 （一）流网的特性 （1）流线和等势线都是圆滑的曲线。 （2）流线和等势线是互相正交的，即在相交点，二曲线的切线互相垂直。 （二）流网的绘制 以不透水地基上均质坝为例说明手绘流网的方法，如图所示
●首先确定渗流区的边界 上、下游水下边坡线AF和DE均为等势线,初拟的浸润线AC及坝体与不透水地基接触线 FE均为流线。下游坡出逸段CD既不是等势线,也不是流线,所以流线与等势线均不与它垂 直正交,但其上各点反映了该处逸出渗流的水面高度。 △H ●其次,将上、下游水头差△H分成n等分,每段为一(如图中分为10等分,每段 为0.1ΔH),然后引水平线与浸润线相交,从交点处按照等势线与流线正交的原则 绘制等势线,形成初步的流网 ●最后,不断修改流线(包括初拟浸润线)与等势线,必要时可插补流线和等势线, 直至使它们构成的网格符合要求,通常使之成为扭曲正方形 三)流网的应用 (1)渗透坡降与渗透流速:在图中仼取一网格i,两等势线相距为ΔL,两流线间相距 为△M,水头差为,则该网格的平均渗透坡降为: △H △L.n△L 通过该网格两流线间(流带)的平均渗透流速为: KAH V=KJ n△L 由于A、△H在同一流网中为常数,J及V大小与网格的中线长ΔL成反比,即网格小 的地方坡降和流速大,反之则小。因此,从流网中可以很清楚地看出流速的分布情况和水力 坡降的变化。 (2)滲流量单宽渗流量q为所有流带流量的总和。网格i所在流带中的渗流量为: K△HAm Aq,= KAM △L 如果绘制的网格是扭曲正方形(△m,=M1),则:
⚫ 首先确定渗流区的边界： 上、下游水下边坡线 AF 和 DE 均为等势线，初拟的浸润线 AC 及坝体与不透水地基接触线 FE 均为流线。下游坡出逸段 CD 既不是等势线，也不是流线，所以流线与等势线均不与它垂 直正交，但其上各点反映了该处逸出渗流的水面高度。 ⚫ 其次，将上、下游水头差 H 分成 n 等分，每段为 n H （如图中分为 10 等分，每段 为 0.1 H ），然后引水平线与浸润线相交，从交点处按照等势线与流线正交的原则 绘制等势线，形成初步的流网。 ⚫ 最后，不断修改流线（包括初拟浸润线）与等势线，必要时可插补流线和等势线， 直至使它们构成的网格符合要求，通常使之成为扭曲正方形。 （三）流网的应用 （1）渗透坡降与渗透流速：在图中任取一网格 i，两等势线相距为ΔLi，两流线间相距 为ΔMi,水头差为 n H ，则该网格的平均渗透坡降为： i i i L n L n J = = 通过该网格两流线间（流带）的平均渗透流速为： i i i n L K V KJ = = 由于 K、 在同一流网中为常数， i J 及 Vi 大小与网格的中线长 Li 成反比，即网格小 的地方坡降和流速大，反之则小。因此，从流网中可以很清楚地看出流速的分布情况和水力 坡降的变化。 (2)渗流量 单宽渗流量 q 为所有流带流量的总和。 网格 i 所在流带中的渗流量为： i i i i n L K H m q KJ m = = 如果绘制的网格是扭曲正方形（ i i m = l ），则：
K△H 如整个流网分成m个流带(图中分为3个),则单宽总渗透流量为: △H (3)渗透动水压力W因为任意两相邻等势线的水头差为—,所以任一网格i范围 内的土体所承受的渗透动水压力为: △H △H M×1 M2×1=yJA 式中 A—网格i的面积 y——水的重度 五、土石坝的渗透变形及其防止措施 (一)渗透变形的型式 (1)管涌在渗流作用下,坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现 象称为管涌,常发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸出处。没有凝聚力的无粘性砂土、 砾石砂土中容易出现管涌;粘性土的颗粒之间存在有凝聚力(或称粘结力),渗流难以把其中 的颗粒带走,一般不易发生管涌 (2)流土在渗流作用下,成块土体被掀起浮动的现象称为流土。它主要发生在粘性土 及均匀非粘性土体的渗流出口处。发生流土时的水力坡降称为流土的破坏坡降 3〕接触冲刷当渗流沿两种不同土壤的接触面流动时,把其中细颗粒带走的现象,称 为接触冲刷。接触冲刷可能使临近接触面的不同土层混合起来。 4)接触流土和接触管涌渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面时,例如在粘土心墙 (或斜墙)与坝壳砂砾料之间,坝体或坝基与排水设施之间,以及坝基内不同土层之间的渗 流,可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去,称为接触管涌。当其中一层为粘性 土,由于含水量增大凝聚力降低而成块移动,甚至形成剥蚀时,称为接触流土 (二)渗透变形型式的判别 试验研究表明,土壤中的细颗粒含量是影响土体渗透性能和渗透变形的主要因素。 (三)渗透变形的临界坡降 (1)管涌的临界坡降对中小型工程及初步设计时,当渗流方向为由下向上时,可用 南京水利科学研究院的经验公式推算 42d 式中d一相应于粒径曲线上含量为3%的粒径 一渗透系数,cm/s n一土壤孔隙率
n K H q = 如整个流网分成 m 个流带（图中分为 3 个），则单宽总渗透流量为： = = m i q qi 1 （3）渗透动水压力 W 因为任意两相邻等势线的水头差为 n ，所以任一网格 i 范围 内的土体所承受的渗透动水压力为： i i i i i l J A n l l n W = = = 1 1 2 式中 Ai——网格 i 的面积； γ——水的重度。 五、土石坝的渗透变形及其防止措施 （一）渗透变形的型式 （1）管涌 在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现 象称为管涌，常发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸出处。没有凝聚力的无粘性砂土、 砾石砂土中容易出现管涌；粘性土的颗粒之间存在有凝聚力（或称粘结力），渗流难以把其中 的颗粒带走，一般不易发生管涌。 （2）流土 在渗流作用下，成块土体被掀起浮动的现象称为流土。它主要发生在粘性土 及均匀非粘性土体的渗流出口处。发生流土时的水力坡降称为流土的破坏坡降。 （3）接触冲刷 当渗流沿两种不同土壤的接触面流动时，把其中细颗粒带走的现象，称 为接触冲刷。接触冲刷可能使临近接触面的不同土层混合起来。 （4）接触流土和接触管涌 渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面时，例如在粘土心墙 （或斜墙）与坝壳砂砾料之间，坝体或坝基与排水设施之间，以及坝基内不同土层之间的渗 流，可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去，称为接触管涌。当其中一层为粘性 土，由于含水量增大凝聚力降低而成块移动，甚至形成剥蚀时，称为接触流土。 （二）渗透变形型式的判别 试验研究表明，土壤中的细颗粒含量是影响土体渗透性能和渗透变形的主要因素。 （三）渗透变形的临界坡降 （1）管涌的临界坡降 对中小型工程及初步设计时，当渗流方向为由下向上时，可用 南京水利科学研究院的经验公式推算： 3 42 3 n K d Jc = 式中 d3——相应于粒径曲线上含量为3%的粒径 K——渗透系数，cm/s； n——土壤孔隙率
容许渗透坡降[,可根据建筑物的级别和土壤的类型选用安全系数2~3。[值还可参 照不均匀系数n值选用:10<n<20的非粘性土,[=0.20;n>20的非粘性土,[刀=0.10 (2)流土的临界坡降当渗流自下向上作用时,常采用根据极限平衡得到的太沙基公式 计算,即 JB=(G-1)(1-m) 式中 G一土粒比重 n—土的孔隙率。 J一般在0.8~1.2之间变化。南京水利科学研究院建议把上式乘以1.17。容许渗透坡 降[J]也要采用一定的安全系数,对用粘性土,可用1.5:对于非粘性土,可用2.0~2.5 (四)防止渗透变形的工程措施 设置反滤层是提髙抗渗破坏能力、防止各类渗透变形特别是防止管涌的有效措施。在任 何渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层 (1)反滤层的结构反滤层一般是由2~3层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的 层次排列应尽量与渗流的方向垂直,各层次的粒径则按渗流方向逐层增加,如图所示。 I型 2)反滤层的材料反滤层的材料首先应该是耐久的、能抗风化的砂石料。为保证滤 土排水的正常工作,材料的布置和要求应满足如下原则: 1)被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层。但对细小的颗粒(如粒径小于0.1mm的砂土), 则可允许被带走。因为它的被带走不会使土的骨架破坏,不至于产生渗透变形 2)各层的颗粒不得发生移动 3)相临两层间,较小的一层颗粒不得穿过较粗一层的孔隙 4)反滤层不能被堵塞,而且应具有足够的透水性,以保证排水畅通。 5)应保证耐久、稳定,其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而遭受破坏。 3)反滤层级配的设计根据上述要求,《碾压式土石坝设计规范》中提出如下的设计 方法:对于被保护的第一层反滤层,建议用
容许渗透坡降[J]，可根据建筑物的级别和土壤的类型选用安全系数 2～3。[J]值还可参 照不均匀系数 值选用：10< <20 的非粘性土，[J]=0.20； >20 的非粘性土，[J]=0.10。 （2）流土的临界坡降 当渗流自下向上作用时，常采用根据极限平衡得到的太沙基公式 计算， 即： J (G 1)(1 n) B = − − 式中 G——土粒比重； n——土的孔隙率。 JB一般在 0.8～1.2 之间变化。南京水利科学研究院建议把上式乘以 1.17。容许渗透坡 降[JB]也要采用一定的安全系数，对用粘性土，可用 1.5；对于非粘性土，可用 2.0～2.5。 （四）防止渗透变形的工程措施 设置反滤层是提高抗渗破坏能力、防止各类渗透变形特别是防止管涌的有效措施。在任 何渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层。 (1) 反滤层的结构 反滤层一般是由２～３层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的。 层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增加，如图所示。 （２）反滤层的材料 反滤层的材料首先应该是耐久的、能抗风化的砂石料。为保证滤 土排水的正常工作，材料的布置和要求应满足如下原则： 1）被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层。但对细小的颗粒（如粒径小于 0.1mm 的砂土）， 则可允许被带走。因为它的被带走不会使土的骨架破坏，不至于产生渗透变形。 2）各层的颗粒不得发生移动。 3）相临两层间，较小的一层颗粒不得穿过较粗一层的孔隙。 4）反滤层不能被堵塞，而且应具有足够的透水性，以保证排水畅通。 5）应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而遭受破坏。 （３）反滤层级配的设计 根据上述要求，《碾压式土石坝设计规范》中提出如下的设计 方法：对于被保护的第一层反滤层，建议用： 5 85 15 d D 5 15 15 d D
式中D—一反滤层的粒径,小于该粒径的土重占总重的15 d5-一被保护土的粒径,小于该粒径的土重占总重的85% d5-被保护土的粒径,小于该粒径的土重占总重的15% (4)土工织物简介土工织物已在国内外的水利工程、铁路路基和海港等工程中广泛 应用,我国也在广泛的研究和试用中 土工织物是由聚合物形成的纤维制成的。使用最广泛的聚合物是聚酯、聚丙稀、聚乙稀 和聚酰胺,它们都具有较高的机械强度。按其制成的方法可分为三种类型:①有纺型一一由 相互正交的纤维组成:②编织型一一用一根根单一的纤维按一定的方式编成:③无纺型一一 其纤维呈无规则编列的状态
式中 D15——反滤层的粒径，小于该粒径的土重占总重的 15%； d85 ——被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的 85%； 15 d ——被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的 15%。 （４）土工织物简介 土工织物已在国内外的水利工程、铁路路基和海港等工程中广泛 应用，我国也在广泛的研究和试用中。 土工织物是由聚合物形成的纤维制成的。使用最广泛的聚合物是聚酯、聚丙稀、聚乙稀 和聚酰胺，它们都具有较高的机械强度。按其制成的方法可分为三种类型：①有纺型——由 相互正交的纤维组成；②编织型——用一根根单一的纤维按一定的方式编成；③无纺型—— 其纤维呈无规则编列的状态