由于工程水文地质条件的复杂性,在进行渗流计算时往往需要对地质剖 面进行概化。概化的原则是,在满足计算精度的前提下尽量使地层简单化,以方 便计算。根据我国河、湖堤防堤基的实际情况,可以将堤防地基概化为三种类型 单层透水堤基、双层堤基和多层堤基。具体简化原则有:①渗透系数相差5倍以 内的相邻土层可视为一层土,并采用加权平均的渗透系数作为计算依据:②对双 层结构堤基,当下卧土层的渗透系数比上层土层的渗透系数小100倍及以上时 可以将下卧土层视为不透水层;③当堤基表土层比堤身的渗透系数大100倍及以 上时,可以认为堤身不透水,仅对堤基按有压流进行渗流计算,堤身浸润线的位 置可以根据堤基中的压力水头确定。 除险方案的渗流计算方法 根据堤防除险方案的渗流计算要求,必须对堤防除险方案进行稳定和非 稳定渗流计算,以获得除险方案复核所必须的资料,达到复核的目的。 (一)渗流场求解方法简介 求解渗流场的方法有:数值计算方法、模型试验方法和水力学方法。 1.数值计算方法 常用的渗流场数值计算方法有两种,即有限单元法和有限差分法,以有 限单元法最为常用。随着计算机和计算技术的飞速发展,渗流场的数值计算方法 和程序日益完善,功能强大,尤其是有限单元方法,基本上可以满足所有的工程 计算要求,并得到了一定的普及。这种方法的优点是:能够适应各种复杂的工程 地质条件,不需对地层进行太多的简化,计算精度高,速度快,比模型试验省时 省力。本章中的图3-16~3-18、3-21~3-23就是作者采用有限单元法得到 的结果,有关数值计算的详细内容请参考有关资料,此不详述 2.模型试验方法 渗流场的模型试验方法主要有砂槽模型方法和电模拟方法两种类型。电模拟方法 又分导电介质方法(导电液或导电纸等)和电阻网络方法。根据目前的发展情况, 以电阻网模型较为常用,但与数值计算方法相比,相对费时费力。有关模型试验 的详细内容请参考有关资料 3.水力学计算方法 根据水力学和渗流力学理论,通过对工程水文地质剖面的概化,在一些 特定条件下可以采用水力学方法对渗流场进行理论求解。但由于这种方法对地层 情况的适应性差,过多的地层概化又往往影响精度,因此其应用受到许多限制。 限於篇幅,下面只介绍双层堤基和盖重的计算方法,其它情况的渗流计算请参见 《堤防工程设计规范》中的附录E和其它有关资料。 (二)双层堤基渗流的水力学计算方法
由于工程水文地质条件的复杂性，在进行渗流计算时往往需要对地质剖 面进行概化。概化的原则是，在满足计算精度的前提下尽量使地层简单化，以方 便计算。根据我国河、湖堤防堤基的实际情况，可以将堤防地基概化为三种类型： 单层透水堤基、双层堤基和多层堤基。具体简化原则有：①渗透系数相差 5 倍以 内的相邻土层可视为一层土，并采用加权平均的渗透系数作为计算依据；②对双 层结构堤基，当下卧土层的渗透系数比上层土层的渗透系数小 100 倍及以上时， 可以将下卧土层视为不透水层；③当堤基表土层比堤身的渗透系数大 100 倍及以 上时，可以认为堤身不透水，仅对堤基按有压流进行渗流计算，堤身浸润线的位 置可以根据堤基中的压力水头确定。 三、除险方案的渗流计算方法 根据堤防除险方案的渗流计算要求，必须对堤防除险方案进行稳定和非 稳定渗流计算，以获得除险方案复核所必须的资料，达到复核的目的。 （一）渗流场求解方法简介 求解渗流场的方法有：数值计算方法、模型试验方法和水力学方法。 1.数值计算方法 常用的渗流场数值计算方法有两种，即有限单元法和有限差分法，以有 限单元法最为常用。随着计算机和计算技术的飞速发展，渗流场的数值计算方法 和程序日益完善，功能强大，尤其是有限单元方法，基本上可以满足所有的工程 计算要求，并得到了一定的普及。这种方法的优点是：能够适应各种复杂的工程 地质条件，不需对地层进行太多的简化，计算精度高，速度快，比模型试验省时 省力。本章中的图 3—16～3—18、3—21～3—23 就是作者采用有限单元法得到 的结果，有关数值计算的详细内容请参考有关资料，此不详述。 2.模型试验方法 渗流场的模型试验方法主要有砂槽模型方法和电模拟方法两种类型。电模拟方法 又分导电介质方法（导电液或导电纸等）和电阻网络方法。根据目前的发展情况， 以电阻网模型较为常用，但与数值计算方法相比，相对费时费力。有关模型试验 的详细内容请参考有关资料。 3.水力学计算方法 根据水力学和渗流力学理论，通过对工程水文地质剖面的概化，在一些 特定条件下可以采用水力学方法对渗流场进行理论求解。但由于这种方法对地层 情况的适应性差，过多的地层概化又往往影响精度，因此其应用受到许多限制。 限於篇幅，下面只介绍双层堤基和盖重的计算方法，其它情况的渗流计算请参见 《堤防工程设计规范》中的附录 E 和其它有关资料。 （二）双层堤基渗流的水力学计算方法
1.无限长等厚双层堤基的渗流计算 当堤基表土层的渗透系数比下卧强透水层的渗透系数小100倍及以上时 即为双层堤基,这种堤基在我国的堤防工程中广泛存在。如图3-3所示,堤基 表层弱透水层底板下的承压水头可用下式进行计算: CD段: h=He -(1+Ab+ thAL) (3-4) BC段 h=H(1+Ax)/(1+Ab+ thAL (3-5) A 式中:h为弱透水层底板下的承压水头(m);A为越流系数。th为双曲 正切函数;ko、T0分别为强透水层的渗透系数和厚度;k、T分别为表层弱透水 层的渗透系数和厚度 0° 图3-3无限长等厚双层地基计算图 2.有限长等厚双层堤基的渗流计算 如图3-4所示的有限长等厚双层堤基,堤基水头可以根据下式计算: 用式3-4试算ξ,以确定出逸段与非出逸段的分解点B H, -H (3-6 4+a)十b+元A(2-与C一5出+0416 A 5o/ lo d=- arthat(0.4417) 适用于A(412<1] 出逸段AB对应的透水层内的水头为:
1.无限长等厚双层堤基的渗流计算 当堤基表土层的渗透系数比下卧强透水层的渗透系数小 100 倍及以上时 即为双层堤基，这种堤基在我国的堤防工程中广泛存在。如图 3－3 所示，堤基 表层弱透水层底板下的承压水头可用下式进行计算： CD 段： h=He-Ax(1+Ab+thAL) (3-4) BC 段： h=H(1+Ax')/(1+Ab+thAL) (3-5) 式中：h 为弱透水层底板下的承压水头（m）；A 为越流系数。th 为双曲 正切函数;k0 、T0分别为强透水层的渗透系数和厚度；k1、T1分别为表层弱透水 层的渗透系数和厚度。 图 3－3 无限长等厚双层地基计算图 2.有限长等厚双层堤基的渗流计算 如图 3－4 所示的有限长等厚双层堤基，堤基水头可以根据下式计算： 用式 3－4 试算ξ，以确定出逸段与非出逸段的分解点 B： 式中: 出逸段 AB 对应的透水层内的水头为：