水利工程设计中的渗流计算方法分析

摘要：渗流是水在土壤孔隙中的运动，而土壤孔隙的形状、大小和分布是极为复杂的，具有随机性质。但在实际工程上，并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，而是采用某种统计平均值来描述渗流，即用简化了的渗流模型来代替实际的渗流。在水利工程设计的过程中最常应用的就是渗流计算。本文通过分析渗流计算的目的与理论，深入了解水利工程设计中的渗流计算方法，希望能够给以后我国的水利行业工作者提供一些参考。

关键词：水利工程  渗流计算  方法  防渗设计

Analysis of Seepage Calculation Method in Hydraulic Engineering Design

WANG Wen

（Sichuan Communication Surveying & Design Institute Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610017 China）

Abstract： Seepage is the movement of water in soil pores， and the shape， size and distribution of soil pores are very complex and random. However， in practical engineering， it is not necessary to understand the seepage in specific pores， but to use some statistical average value to describe the seepage， that is， the simplified seepage model is used to replace the actual seepage. Seepage calculation is the most commonly used in the process of hydraulic engineering design. By analyzing the purpose and theory of seepage calculation， this paper deeply understands the seepage calculation method in hydraulic engineering design， hoping to provide some references for water conservancy workers in China in the future.

Key Words： Hydraulic engineering; Seepage calculation; Method; Anti seepage design

在20世纪20年代的时候人们开始对渗流进行研究，在研究的过程中很多学者都获得了大量的研究成果，而这些研究成果都为以后的水利工程设计中的渗流计算方法奠定了一个扎实的基础。

1渗流计算目的与理论

水利工程设计进行的时候如果出现渗流问题，就会引发一系列的问题出现，第一就是出现一定的渗漏损失;第二就是会影响到整个水利工程渗透的稳定性[1];第三就是会有一些其他的影响，例如，因为水利工程的土体本身渗透性比较强，如果出现问题就会影响到整个土体的固结，严重的时候还会让整个水利工程出现延期的情况发生。

1.1水利工程设计中渗流计算的目的

水利工程设计中的渗流计算主要目的有以下几种：首先就是要确定坝体浸润线的位置;其次就是要通过计算了解渗透的压力和流速情况[2];根据渗流计算的结果来了解整个坝体的渗流量，最后就是要确定水利工程渗流的稳定情况。

1.2水利工程设计中渗流计算的相关理论理论

1.2.1达西定律

法国研究者师达西在研究的过程中通过大量渗透实验的分析，最终得出关系即渗流量和截面面积、水头耗损之间呈正比例关系[3];渗流量和渗径尺寸之间呈反比例关系。在渗流计算中可以把这些关系带入到土粒构造和流体特性中。

1.2.2渗流连续方程

渗流连续方程就是指通过质量守恒定律来对能够压缩的土体渗流进行引证，在研究的过程中流动状态和支配条件被设为初始条件，边界条件和初始条件被设为定解条件，定解条件能够直接决定整个水利工程流动的过程。

2对渗流计算产生影响的因素

2.1普通水利工程

普通水利工程的滲流计算产生影响的因素主要有以下几种。

第一种：首先就是临水的地方需要采用高水位，背水的地方需要采用相应水位，这种采用方法的主要目的包括：首先就是能够对背水坡逸出点和逸出位置进行计算，计算出来的结果在后续工作中能够发挥出非常重要的作用;其次就是能够更好地确定背水坡面的浸润线;最后就是能够为以后的防渗工作奠定一个扎实的基础。

第二种：当临水侧为高水位，背水坡无水或者是低水位的时候，采用这种计算方法的主要目的是能够为计算出背水坡的浸润线提供一个计算的参考。

第三种：当出现洪水降落情况的时候，整个计算的效果会非常的不理想，这个时候要想进行后续的计算工作只能选择最小值平均值来完成计算[4]。

2.2特殊水利工程

特殊水利工程的渗流计算产生影响的因素主要有以下几种。

第一种：水利水电工程的蓄水速度超出标准要求的时候，水位上升的速度会非常快，这个时候就会严重影响上游坝坡的稳定，严重的时候还会出现不均匀沉降的情况发生，最终让整个工程出现裂缝和滑坡的情况。

第二种：水利水电工程在施工的时候有时还会出现孔隙水压力的问题，出现这种问题的原因主要有以下几种：首先就是在填筑的过程中速度过快导致的剪应力增加;其次就是含水量增加了孔隙的水压力，最终引发滑坡现象[5]。

3.渗流计算的常用方法

3.1水力学解法

水利工程设计中最常用的渗流计算方法就是水力学解法，在计算的时候通过流体力学计算方法的帮助来形成一种假设的条件，然后根据流体力学的规定来对实际情况进行处理，在用水力学解法计算的时候需要注意以下事项：当渗透系数的差距比较小的时候可以把这个渗透差距作为一层进行处理，同时也可以成为以后研究加权均衡渗透系数的主要依据[6]。

3.2有限元解法

水利工程设计中应用有限元解法的时候要有以下几个步骤。首先是要构建一个符合实际情况的数学模型。计算的边界条件包括：水头边界条件、流量边界条件、混合边界条件。最后就是要做好有限元的计算流程，在计算工作进行的时候要及时的做好边界条件输入工作。

4案例分析

4.1计算水利工程设计中断面及选择参数

坝址区覆盖层广泛分布，由第四系全新统近代冲积堆积层、现代冲积堆积层和人工堆积层组成;下伏基岩为白垩系上统灌口组粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、泥岩、粉砂岩。

根据某工程的地质情况和水工建筑物的布置，防渗设计以闸基设置帷幕灌浆的防渗方案，帷幕灌浆底高程为373.0m。闸基防渗设计工况为上游正常蓄水位426m，下游无水402m，水头差为14.0m。对该方案采用了加拿大岩土软件开发商GEO-SLOPE软件SEEP/W模块进行了二維渗流计算分析，闸基渗透比降和单宽渗流量如图1所示。

4.2结论

（1）根据渗流分析结果，通过防渗处理后各层地基渗透比降均满足允许比降要求。

（2）闸基单宽渗流量（4.38×10-6m³/s）很小，满足工程正常运行需要。

因此，采用以上防渗设计满足规范要求。

5结语

综上所述能够发现：水利工程设计中的渗流计算结果和整个水利工程的质量有着密不可分的关系，要想更好地发展我国的水利工程就需要认真做好计算工作，这样不仅能够提高整个水利工程的施工安全，还能为以后的水利水电工作的顺利发展奠定一个扎实的基础。

参考文献

[1]孔洋，阮怀宁.单节理岩体渗流应力耦合特性研究进展与分析[J].水力发电学报，2017，36（11）：111-120.

[2]王发强，王丽峰，傅霞婷，等.ANSYS热分析在土坝多种防渗方案比较中的应用[J].中国水运（下半月），2017，17（11）：175-176，184.

[3]王一凡，徐毓威，曾俊，等.基于PEST的高坝枢纽区岩体稳态渗流场反演分析[J].中国农村水利水电，2021（5）：193-199.

[4]王琛，王维平，徐巧艺，等.考虑防渗帷幕的平原水库渗流分析大井法研究[J].人民黄河，2021，43（6）：122-126.

[5]时刚，朱邦华，张玉蓉.循环荷载作用下考虑Hansbo渗流的饱和黏土固结分析[J].力学与实践，2021，43（1）：26-37.

[6]徐长峰，赵楠，王建军，等.基于CFD的注采管柱接头修复胶液渗流规律研究[J].中国安全生产科学技术，2021，17（7）：22-27.

中图分类号：TV551.4 DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2109-5640-9750

作者简介：王文（1988-），男，硕士，工程师，研究方向为水运及水利工程。