土石坝心墙厚度的计算方法、心墙厚度设计值的确定方法及介质材料渗流流量的计算方法技术

本发明专利技术公开了土石坝非天然防渗材料心墙厚度的理论计算方法、心墙厚度设计值的确定方法及介质材料渗流流量的计算方法，土石坝心墙厚度的理论计算方法如下：式中：更为全面的考虑了各种材料和水库特征水位的影响，根据上述方法计算得到的理论值，然后结合坝工设计和施工条件与施工水平，确定心墙厚度的设计值，对实际修筑过程具有重要的参考性作用，大大地减小了防渗结构破坏的可能性以及节约了心墙的建造成本。坏的可能性以及节约了心墙的建造成本。

【技术实现步骤摘要】
土石坝心墙厚度的计算方法、心墙厚度设计值的确定方法及介质材料渗流流量的计算方法


[0001]本专利技术涉及土石坝中心墙
，具体涉及一种土石坝中介质材料渗流流量的计算方法，以及一种土石坝内置非天然防渗材料心墙厚度的计算方法、一种土石坝内置非天然防渗材料心墙厚度设计值的确定方法。

技术介绍

[0002]土石坝是一种古老的坝型。无论土石坝的设计还是施工建造，都应满足两大基本技术准则，一是稳定，就是保证坝体安全可靠，不会因滑坡失称稳而产生事故；二是防渗，主要是能够蓄住水成为水库并保证不会因为渗漏而产生溃坝灾害，所以防渗体是土石坝的关键所在。
[0003]土石坝的现代发展主要体现在两个方面：一是所用筑坝材料和坝体结构的变革，二是相应的计算分析方法的进步。目前，从世界范围来看，土石坝的防渗材料就相当于是土石坝结构中的“芯片”，起着关键的作用，传统的黏土或碎石土作为防渗材料将逐步被沥青混凝土或钢筋混凝土所代替，诸如黏土或碎石土称之为天然防渗料，相对应的人工防渗料称之为非天然防渗材料，这里所指的非天然防渗材料是指随着社会经济发展和人类科技进步，人造材料或基于原材料的加工材料用于土石坝防渗体的设计与施工，这种材料经济可靠安全环保，是一种工程发展与变革方向。非天然防渗材料一般指混凝土材料或基于混凝土和其他材料的复合材料，如沥青混凝土、塑性混凝土等。相对于天然防渗材料修建的土石坝如砾质土心墙堆石坝也将逐步被非天然防渗材料修建的土石坝如沥青混凝土心墙或增强体混凝土心墙所代替。这是社会发展趋势，也是土石坝安全运行的需要。
>[0004]我国修建沥青混凝土坝最早始于1973年吉林省安图县的白河水库，采用浇筑式沥青混凝土，白河沥青混凝土心墙土石坝分主墙和副墙，主墙厚度15cm，副厚度40cm。随后这种坝型在国内长足发展。至今，我国修建沥青混凝土心墙土石坝已达300多座，最大坝高超过250m，沥青心墙的厚度一般在15——60cm之间。事实上，沥青心墙的厚度一直是凭经验的，没有一个统一的计算公式，比如：
[0005]1，《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》SL501
‑
2010之6.2.3规定：沥青混凝土心墙的厚度可根据坝高、工程级别、抗震要求和施工条件等选定。心墙底部最大厚度(不含扩大段)宜为坝高的1/110～1/70。心墙厚度宜采用渐变式或阶梯式。心墙顶部的最小厚度不宜小于40cm。
[0006]Feiner、Lehner于1976年建议，中等坝高的沥青心墙厚度取60
‑
80cm，高坝为最厚不超过100cm。
[0007]Haug建议沥青心墙土石坝的沥青心墙厚度按d＝h/100≥60cm计算，其中，h为最大水头，cm；d为心墙厚度，cm。
[0008]或者，进一步的，许多坝工专家(如日本)提出如下的一个计算沥青心墙或混凝土心墙厚度的一般公式：
[0009]d＝h/J
ꢀꢀꢀ
(1
‑
1)
[0010]式中，h为最大作用水头，cm；
[0011]J为心墙材料(如沥青、或混凝土)的允许水力坡降，一般J取80
‑
100。
[0012]上式表达了心墙厚度与作用水头和材料的水力特性有关，而与其它因素无关。
[0013]2，另外，我国电口《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》DL/T 5411—2009中关于心墙尺寸，8.0.2条规定：沥青混凝土心墙顶部的厚度不宜小于40cm，心墙底部的厚度宜为1/70～1/130
……
与水口规范SL501
‑
2010有所不同。7.2.2规定：沥青混凝土心墙的厚度可根据坝高、工程级别、沥青混凝土的流变特性、施工要求、当地气温和抗震要求等条件选定。心墙厚度宜为坝高的1/100，顶部,最小厚度不宜小于20cm。
[0014]3，从理论上讲，沥青混凝土心墙的厚度只需几十厘米即可满足土石坝的防渗要求。但实际工程上，常常存在一些偶然或偶发因素，施工上也不得不考虑各种不利因素的影响，因此，沥青混凝土厚度的考虑不仅仅是基于防渗的考虑，尚有其它一些不可控不可预见的因素影响着心墙厚度的选择。而这种选择的确是经验主义的。
[0015]4，从上面分析可知，由于沥青心墙厚度的选择尚没有统一的计算公式，那么厚度确定的经验成分偏多偏重，是不科学的。如果选择薄了，有可能不能有效抵抗应力与变形的作用，极易损坏防渗结构；如果选择太厚，也会由于沥青心墙产生侧向膨胀改变心墙的应力与变形状态导致过大的流变变形而破坏，同时心墙太厚造价也不经济。

技术实现思路

[0016]针对现有的心墙厚度的确定主要以经验为主的方式存在的上述问题，本专利技术提供一种土石坝内置非天然防渗材料心墙厚度的计算方法。
[0017]本专利技术的技术方案为：一种土石坝内置非天然防渗材料心墙厚度的计算方法，该计算方法如下：
[0018]式中：
[0019][0020]i
ce
‑
心墙的允许水力坡降；
[0021]i
c2
‑
下游坝壳的允许水力坡降；
[0022]k2‑
下游坝壳的渗透系数，m/s；
[0023]k
e
‑
心墙的渗透系数，m/s；
[0024]α
‑
渗透性参数值；
[0025]H
d
‑
下游等代水深，m；
[0026]H1‑
上游水头，m；
[0027]H2‑
下游水头，m；
[0028]δ
‑
心墙的厚度，m。
[0029]本专利技术的有益效果为：代替了传统的凭经验确定心墙厚度的方法，将上游水头、下游水头、下游的渗透特性、游坝壳的允许水力坡降以及心墙本身的特性有关，更为全面的考虑了各种材料和水库特征水位的影响，根据上述方法结算得到的计算值，然后结合坝工设计和施工条件与施工水平，对实际修筑过程具有重要的参考性作用，大大地减小了防渗结构破坏的可能性以及节约了心墙的建造成本。
[0030]本专利技术还公开了一种土石坝中介质材料渗流流量的计算方法，该计算方法如下：
[0031][0032]式中：
[0033]q1、k1‑
分别为心墙的单位宽度流量、渗透系数，m3/s
‑
m、m/s；
[0034]q2、k2‑
分别为下游坝壳的单位宽度流量、渗透系数，m3/s
‑
m、m/s；
[0035]α
‑
渗透性参数值，且α≤1.0。
[0036]进一步限定，当两种介质材料为线性渗流关系时，α＝1.0；当两种介质材料为非性渗流关系时，α<1.0。
[0037]进一步限定，针对沥青混凝土或钢筋混凝土与土体界面的渗透特性，α＝0.65。
[0038]进一步限定，所述心墙的单位宽度流量的计算方法如下：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土石坝中介质材料渗流流量的计算方法，其特征在于，该计算方法如下：式中：q1、k1‑
分别为心墙的单位宽度流量、渗透系数，m3/s
‑
m、m/s；q2、k2‑
分别为下游坝壳的单位宽度流量、渗透系数，m3/s
‑
m、m/s；α
‑
渗透性参数值，且α≤1.0。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，当两种介质材料为线性渗流关系时，α＝1.0；当两种介质材料为非性渗流关系时，α<1.0。3.根据权利要求1或2所述的计算方法，其特征在于，针对沥青混凝土或钢筋混凝土与土体界面的渗透特性，α＝0.65。4.根据权利要求1或2所述的计算方法，其特征在于，所述心墙的单位宽度流量的计算方法如下：式中：k
e
‑
心墙的渗透系数，m/s；H1‑
坝体上游水头，m；H2‑
下游水头，m；δ
‑
心墙的厚度，m；h0‑
心墙下游侧渗流出逸高程，m；q1‑
心墙的单位宽度流量，m3/s
‑
m。5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述下游坝壳的单位面积渗流量的计算方法如下：式中：k2‑
下游坝壳的渗透系数，m/s；h0‑
心墙下游侧渗流出逸高程，m；H2‑
下游水头，m；L2‑
下游堆石坝体水平长度，m；q2‑
下游坝壳的单位宽度流量，m3/s
‑
m。6.根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于，所述心墙下游侧渗流出逸高程的计算方法如下：式中：
H2‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，王小雷，杨燕伟，
申请(专利权)人：梁军，
类型：发明
国别省市：