土石坝浸润线至下游坝坡最小距离的确定_张碧莹

第19卷　第4期V ol.19　N O.4

内　蒙　古　农　牧　学　院　学　报

J ou rnal of In ner M ongolia Ins titute

of Ag ricultu re&Animal Husband ry

1998年12月

Dec.1998土石坝浸润线至下游坝坡

最小距离的确定

张碧莹

(内蒙古水利学校,010051,呼和浩特)

摘要　土石坝的浸润线位置在坝工建设以及堤岸建设中过去一直重视不够,事实上比较重要:第一,它能为稳定计算和布置观测设备提供依据;第二,它能判断浸润线以下的饱和土料有无被冰冻的可能,从而验证排水设备型式、尺寸的合理性。但是土石坝的浸润线位置以往只是由渗流计算的浸润线方程通过绘图法绘制,工作量大,也没直观性。本文采用数学中点到直线的距离公式,可非常方便、准确地确定出该最小距离及其位置,尤其是土石堤坝在防洪工程方面,它的适用性更为显著。

关键词　土石坝　浸润线　坝坡　最小距离

中图资料分类号　TV222　T V641

THE DETERMIN ATIO N OF THE MINMUM DISTANCE FRO M THE MOIST LINE OF EARTH DAM

TO THE DAM SLOPE OF THE LOWER REACHES

Zhang Biyin

(Inner M o ng olia W ater Co nserva ncy H uhho t,010051)

Abstract　The moist line locatio n of the earth dam w as paid no attention to the dam and shoreline construction.In fact,it is v ery im po rtant.First,it ca n provide the basis for the sta ble count a nd a rranging observ ation equipments.Secondly,it can determine the possi-bility that the satura tio soil materials under the moist line are freezed in o rder to deter-mine the model and m easurement of the drainage facilities.But the moist line location of the earth dam was established by the moist line equation o f the seepag e count th roug h the charting(it's heav y wo rk,no objectio n).the minimum distance and location can be simply determined by the mathema tica formula from a point to straig ht line in this pa-per.At the sametim e,it's applicable fo r the flo od co ntrol w orks.

Key words　farth dam,moist line,dam slope,smallest dista nce

土石坝渗流计算的目的是为确定经济可靠的坝型和合理的结构尺寸提供重要依据,

①

②第1作者:　女,讲师,1965年生,从事水利工程的研究

收稿日期:　1998-07-01

渗流计算的主要任务是:

计算渗流量:根据通过坝体和坝基的渗透流量,确定采取防渗措施的必要性,并估算水库的渗漏损失。绘制浸润线:确定坝体浸润线的位置,为坝坡稳定计算和布置观测设备提供依据,检查浸润线以下的饱和土料有无被冰冻的可能,从而验证排水设备型式、尺寸的合理性。核算土料是否发生渗透变形:计算坝体和坝基渗流逸出区的渗透坡降或流速,检验土料是否会发生渗透变形,从而验证渗流控制措施的合理性。

计算渗流量和核算土料的渗透变形,无论何种坝型和地基,在浸润线位置已知的情况下,通过渗流计算均可直接计算出来。然而关键的问题浸润线的位置,通过渗流计算仅仅出来了浸润线方程以及在y 轴上的截距h 。,浸润线可通过将X 、Y 值代入浸润线方程绘制出来,仅此而已。而浸润线距下游坝坡的最小距离及其位置,只能通过观察大致看出,这对检验饱和土料及以验证排水设备只能大致估量,有其局限性。那么能否简单而又准确地计算出浸润线至下游坝坡的最小距离呢?本文以不透水地基均质土石坝下游棱体排水情况为例,介绍一种比较简单而又直观、准确、科学的确定方法,其它情况类同

。

图1　均质坝下游有棱体排水的渗流计算示意图

1　原理及方法

首先以均质土石坝不透水地基堆石棱体排水情况为例,建立坐标系,上游水位及尺寸均见图l

在此种情况下,由渗流计算可知,浸润线方程为:

Y 2=2h 0x +h 20(1)

在给定坐标下的下游坝坡方程为:

Y =1m X +b m

即　X -m Y +b =0

(2)采用点到直线的距离公式,那么,浸润线(1)式上的点到下游坝坡(2)式上的距离为:D =|X -m Y +b |1+m 2(3)96内　蒙　古　农　牧　学　院　学　报1998　

由(1)式将:　X =Y 2-h 202h 0

(4)代(4)入(3)式得:　D =|y 2-h 202h 0-my +b |1+m 2(5)因为要求(5)式中D 的最小值,用数学方法由(5)式对Y 求异,并令其等于零:

d D d y =y h 0-m 1+m 2=0得　y =mh o

(6)由(6)式代入(5)式,得

Dmin =|-m 2h 0-h 0+2b |1+m 2(7)将(6)式代入(4)式得:

X =m 2h 0-h 02

即　X =h 0(m 2-1)2

(8)

所以(7)式中Dmin =|-m 2h 0-h 0+2b |1+m 2即为所求浸润线至下游坝坡的最小距离;

所对应点(x ,y )

即　X =h 0(m 2-1)2y =mh 0

为该最小距离在浸润线上的位置点。

2　举例说明　尺寸见图2

图2　均质坝下游有棱体排水的渗流计算工程实例图

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第4期张碧莹等:　土石坝浸润线至下游坝坡最小距离的确定

2.1　计算过程

①　由图示,将上游三角形虚拟为矩形断面,虚拟的矩形宽度L: L=m1H1

2m1+1

=

2.5×35

2×2.5+1

=14.58

b=5×1.5+5×2.0=17.5

L=(5×2.5+5+5×2.0)+35×2.0-17.5=80 h0=(L+L)2+H12-(L+L)

=(14.58+80)2+352-(14.58+80)=6.27

Lg=h0

2= 3.06

②写出下游坝坡的直线方程:

X-2Y+17.5=0③浸润线至该直线的最小距离:

　由上面计算可知:　Dmin=|-m2h0-h0+2b| 21+m2

　则　Dmin=|-22×6.12-6.12+2×15|

2+1+22

=0.82

④相应坐标:　x=h0

2(m

2-1)= 6.27

2(2

2-1)=9.41

y=mh0=2×6.27=12.54

2.2　图纸验证

2.2.1　使用描点法绘出下游浸润线图

y2=2h o X+h2o=12.54X+39.3 X051015202530354045505560 Y239.3102164.7227.4290.1352.8415.5478.2540.9603.6666.3729791.7 Y 6.2710.112.8315.0817.0318.7820.3821.8723.2624.5725.812728.14

浸润线位置见图示〈2〉虚线

2.2.2　由图上量得,浸润线至下游坝坡的最小距离:　Dm in=0.8

相应坐标　X=10

y=12.83

2.2.3　理论推求值　Dmin=0.82

相应点坐标x=9.41

y=12.54

由此可见,估值有人为因素,存在误差(以上单位均为m)

98内　蒙　古　农　牧　学　院　学　报1998　

3　结　语

土石坝的渗流计算是一个比较重要的问题,在原有计算理论的基础上,进一步深入研究,求出浸润线至下游坝坡的最小距离及其点的位置,对土石坝设计过程中的渗流、稳定以及运行期间的检查、观测、防洪等管理有极其重要的实用意义:

3.1　在初始条件下,即已知上游水位、上下游坝坡及排水体的情况下,便可非常方便、准确地求出浸润线至下游坝坡的最小距离,用以验证饱和土料有无被冰冻的可能,排水体的型式及尺寸是否合理,无需在做了大量工作之后,发现不合理的被动场面。

3.2　根据水库不同的水位情况,可得出不同情况下的浸润线,便于准确地布设观测设备。

3.3　当水库在运行水位中随时发生变化时,通过上面的方法,亦可简捷地得知浸润线至下游坝坡的最小距离及其位置,以此判断堤坝的稳定性,为管理工作提供了简捷、科学、准确的依据。

参　考　文　献

1　华东水利学院主编.水工设计手册.第四卷.土石坝.水利电力出版社,1984

2　中华人民共和国水利电力部部规范.碾压式土石坝设计规范.SD J 218—84.北京:水利电力出版社,

198599第4期张碧莹等:　土石坝浸润线至下游坝坡最小距离的确定