常志武，安忠偉

(佳木斯市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，黑龍江佳木斯154002)

1 滲流基本定律

滲流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律是依據(jù)法國學(xué)者達(dá)西在1852—1855年間根據(jù)對砂土滲透實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的達(dá)西定律。即Q=kA(h1-h2)/L，若用學(xué)位面積的量V表示流速，則達(dá)西定律可表示為ki，式中:i=(h1-h2)/L為水力坡降;K為滲透系數(shù)。

2 土壩滲流

土壩的滲流分析在工程設(shè)計(jì)中常將其簡化為平面問題處理。土壩滲流計(jì)算的主要任務(wù)是確定壩內(nèi)浸潤線的位置及經(jīng)過壩體的滲透流量。

實(shí)際上，土壩滲流計(jì)算常采用“分段法”，分段法又分為三段法和兩段法。三段法是由巴普洛夫斯基提出的，將壩內(nèi)滲流區(qū)劃分為三段，第一段為上游楔形ABE，第二段為中間段AEFC，第三段為下游楔形段CFD。對每一段應(yīng)用漸變流基本公式建立流量表達(dá)式，然后通過三段的聯(lián)合求解，即可確定土壩滲流量及溢出點(diǎn)水深hc，并可繪出浸潤線AC。兩段法是在三段法的基礎(chǔ)上簡化而來的，將中間段和下游楔形段合并，把土壩滲流區(qū)劃分成上游段ABE和下游段EACD兩段?！胺侄畏ā笔疽鈭D見圖1。

圖1 土壩滲流計(jì)算“分段法”示意圖

3 工程實(shí)例

3.1 計(jì)算斷面及參數(shù)選取

某水庫，壩體是低液限黏土及高液限粉土為主的均質(zhì)土壩:最大壩高9.00 m，壩頂寬度6.0 m;迎水坡坡比為1∶3.0，背水坡坡比為1∶2.5;興利水位131.00 m;設(shè)計(jì)洪水位131.18 m，下游水位123.14 m;校核洪水位131.78 m，下游水位123.19 m。

滲流計(jì)算斷面選取壩最高的斷面0+100進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的資料，進(jìn)行滲流計(jì)算采用的滲透系數(shù)見表1。

3.2 滲流及滲透穩(wěn)定分析

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，壩體及壩基巖性主要為低液限黏土和高液限黏土，滲透系數(shù)很小;并且壩基黏土及粉土厚度都在5 m以上，所以本次滲流計(jì)算按不透水地基計(jì)算。

表1 滲透系數(shù)表

通過滲流分析計(jì)算確定滲流量、浸潤線及其在下游壩坡的出逸點(diǎn)，求出壩內(nèi)平均滲透比降，出逸比降，下游坡腳點(diǎn)比降等，是否滿足規(guī)范要求。

不透水壩基均質(zhì)土壩滲流計(jì)算見圖2。

圖2 不透水壩基均質(zhì)土壩滲流計(jì)算圖

應(yīng)用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—98)附錄E推薦公式如下:

3.2.1 滲流量、浸潤線計(jì)算

不透水地基均質(zhì)土壩滲流計(jì)算

式中:q為單位寬度滲流量，m3/(s·m));k為壩身滲透系數(shù)，m/s;H1為上游水位，m;H2為下游水位堤后無水，m;h0為下游出逸點(diǎn)高度，m;m1為上游坡坡率;m2為下游坡坡率。滲流量計(jì)算、浸潤線分析成果見表2。

表2 浸潤線分析成果

3.2.2 壩坡、壩基滲流比降

按下游無水(H2=0)情況滲出點(diǎn)A點(diǎn)的計(jì)算公式為:

式中:J0為下游無水背水坡出口比降;A、B兩點(diǎn)之間呈直線變化。

3.2.3 壩身平均比降:

3.2.4 允許比降計(jì)算

壩坡出溢段允許滲透比降按下式計(jì)算:

式中:［J］為壩坡出溢點(diǎn)允許滲透比降;φ為土的內(nèi)摩擦角，14.7;Jk為臨界比降;β為下游坡角，22;K為安全系數(shù)，取2.0;γw為水的容重，10KN/m3;γ＇為土的浮容重，7.61KN/m3;C為土的凝聚力，15kPa;經(jīng)計(jì)算，壩坡出溢段允許滲透比降為0.70。

以下允許比降按經(jīng)驗(yàn)取，壩身黏性土平均允許比降4～6。

3.3 滲流分析計(jì)算成果

1)滲流量計(jì)算成果。壩身及壩體均為黏性土，滲漏量非常小，不予考慮。

2)滲透穩(wěn)定計(jì)算成果。各種計(jì)算工況下，滲透穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

表3 壩后堤坡出逸比降及壩身平均比降計(jì)算表

由計(jì)算成果可知，壩身平均比降、壩坡出逸段及壩腳出逸比降均滿足要求。

［1］祈慶和.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，1981.

［2］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.GB50286—96堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1998.

［3］水利電力部第五工程局，水利電力部東北勘測設(shè)計(jì)院.土壩設(shè)計(jì)［M］.北京:水利電力出版社，1978.