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水库水位降落速度和土坝坝坡的稳定性



年 第 期
R R Y


R




R


总第



水 库 水位 降 落 速 度和 土 坝 坝坡 的 稳 定 性






北 京 水 利 电力 经 济 管理学 院


在 考虑 坝 坡稳 定 的基 础 上 提 出 了水位 降落速 度 的 标 准
分数

,


a

,

本 文提 出 速 度 系 数

来 衡量水 库水 位降落 的 速度

,



文 中列 出了 计 算水 库 水位降 落 时坝坡 稳 定安 全 系数下 降 百

的 曲线 图



水 库 水 位 降 落 速度 和 土 坝坝 坡 的 稳 定 性
水 库 水 位的 变 化 对 土 坝 坝坡 的稳定 性有 着 密切 的关 系 度较 快 时 位 降 落后
, ,

随 着水 库 水位 的 降 落
,
,

,

土坝

坝 体 土 壤 孔 隙 中 的 水份 也将 随 着 库 水 位 的 降落 而 排 出坝 体 之 外
,

但 是 当 库水 位 的 降落 速
因 此 当库 水
,

坝 体 土 壤 中 的 水 份 就 来 不 及 随 同 库水 位 的 降落 而 排 出坝 体 之 外

坝 体 内 仍 维 持 较 高 的 浸润面
,
,



这 种情 况 不 仅 使 坝 体 土 料 的 容 重 发 生 变 化
,
,



且 产生 对 坝坡 稳定 不 利 的 不 稳定 渗 流
的 有效 应 力减 小

这 种 不 稳定渗 流 所 产 生 的 渗 流 力 因 而 危 及 坝 坡 的 稳定 性
,


将 使 土 粒之 间
,

从 而 降 低 了 土 的抗 剪 强 度
,


水库 水 位 降落 的
因 此对

速度 愈快

,

坝 体 内 的 浸 润 面 位 置 就愈 高
,

坝 坡 内 所 产 生 的 不 稳 定 渗 流 力 也愈 大
,

坝 坡 稳 定 性 的 影 响也 愈 大

所 以 在 设计 土 坝 时
,

应 该 使 坝 坡 具 有 多 大 的 稳 定 性 安 全 系数



,

才 能 维 持 坝 坡 的 稳 定性
,

以及 在水 库 的 运 用 管 理 中
,

水库 水 位的 泄 降应 该 保 持什 么


样 的 速度 降


才 能 保 证坝 体 的 稳 定 安 全


这 些 一 直是 人 们 十分关 切 的 问题
,

从 保 证坝 坡 稳定 性 的 角度 出 发 两 种 情况
,

通 常 将 水库 水 位 降落 的 速 度 分 为




速 降” 和
,








速降
,



将 危 及 坝 坡 的 稳定性


缓降
,



则不 影 响 坝 坡 的 稳 定 性


所以
但是


在 土 坝的 运 用 管 理 中
到 目前 为 止 的快 慢
,

应 控 制 水库 水 位 的 降 落 速 度


使之 在
,

缓降



的 范围 之 内



速降



缓降
,




并 无 明 确 的数 量 界 限 在生 产 实践 中

,

甚 至 连 表 微 水库 水 位 降 落 速 度
0

.

也 没 有 一 个 统一 的指 标
.

一 些 人 常 常 以 水库 水 位 降落 的 速 度
s

作 为 衡量 水 位 降 落 快 慢 的 指标 水 库 水位 降落 速 度小 于
0 s

并且 以 水库 水 位 降落 速度 大 于

m /d 为 和


“ ”

速降



,



m /d 为

缓降



,

也有 的 将



速降

缓降

的界 限 定



0

.

25~ 0 3

.

m /d



1 月 收到 本文子 1 98 9 年 2

水 库 水 位 降 落 速 度 和 土 坝坝坡 的 稳 定性

上 述 表微 水 库 水 位降 速 的 指标 和 划 分 水库 水 位 降 速 的 方 法

,

仅 仅 以水 库 水位 降落 速




v

这 一个 指标 为衡 量 标 准
, ,

,

而 未考 虑到 影 响 坝坡 稳 定性 的 其 它 许 多因 素
,

实际 上

,



水 库 水 位 降落 过 程 中 性 指标 水 位降 落速 度
v

影 响坝 坡 稳 定 的 因 素 很 多
,

如 水 位 降落 的 幅 度
,


,

土 料 的物 理 力 学

坝 坡 的 坡率 等

而 不 仅 仅 只 是 水 库水 位 降 落 速 度 这 一 项
,

因 此 不 可 能用 单 一 的
,

作 为 判 断 和 衡 量 水库 水 位 降落 速度 的 统 一 标 准
[` ] , 〔2

水 库水 位 降 落 时 坝 体 内浸 润 面 的 位 置 稳 定渗 流 问题 的 各种 计 算 方法
],[
”’
,

已 有 许 多 学 者 进行 了 研 究

提 出 了 解 坝 内不
,

但 是 这些 方 法 虽 然 在 理 论 上 比 较 严 格


而 在具
,

体 计 算 时 却 比 较复杂

,

不 能 迅 速 和 明确 地 判 断 出坝 体 浸 润 面 在 水 库 水 位 降落 时 的 位 置
,

因 此 必 须 采用 能 迅速 判 断 浸 润 面 位置 的 简 化方 法

在 不 稳 定渗 流 的 情 况 下 在
t

渗 流 的 自 由表 面 线是 随 时 间而 变 化 的




图 a 1
X
·

所示
d
n


,

表示
t




t +

d t

时 刻 坝 体 内 的 自 由水面 位 置
q
,

如 若 从 中 取 出 一 微 面积 d l
q
·

,

通过 该 而在 d

微 面单 位面 积 的 流 量 为
由于 d
t

故在 d

t

时段 内通 过微 面 积 的 水量 为
·

l d

d t

时段 内 由于 自由 表 面 的 变 化 从 土 体 中 排 出的 水 量 为 户 d l
q
·

d
,

n

,

其 中 拜 为 土 体 的 排水 度

时 段 内 通 过 微面 流 出 的 水 量 应 等 于 土 体 的 排 水 量
d. l d t
=


(1)

一 拜

·

d. l d

n

y



n



瑕 滩
、 ~ 蔫 {衬 全

{

u ǐos 飞

~ 歹 育



0

-

/
:
:


{
L
;

! h + ( H 、一 H ) C I

牛井 {
t







g办



;

!
l d
e o s

o

图 1

坝 体 内 不 稳 定渗 流 计 算 图

自 由 水面 在 、
c

,

时段 内高 度

,

的增量 为
y
,

田 o

,

其中
v
,

o

为 自由水 面 线 的 法 线 与

,

轴 的 夹角
·


+


d ,


,

因 此 由图 a 1 可知

:



=



d ,

·

如 若 通 过 微 面 的 渗 流 速 度 的 垂 直分
:
·

速为

水 平分 速 为

b 如图 1
g
·

所示
=
u s

则 通 过微 面 的 流量 可 表 示 如 下

dl

n o d l i

哪8

dl

20













1 可 表示 为 因此公 式 ( )

:

(· s 讥 。 +

V c

朋。 ) d , d

·

,

=

一 。

·

d`

·



d ,

·











百 了

= “

tg s +

v

(2)

由于

U二

k


ah a x


V =

k



tg o =



式中

k
p

坝体 料 — 势能 函 — 力加 速 数 度
,



的 渗透 系 数 ;
,


,



=

y

为计 算点 的 位 置座 标


O口

+

y

,

其 中 P 为压 力


,

p

为 流 体 的 密度

,

g

为重

因此

2 ) 可 以 写 成下 列 形 式 : 公式 (


刁h 刁t

=

旦 竺 旦 互 一 旦望
ax
ax
a y
,

.

~

k

上 式 经 过 数 学 上 的 变换

,

并 略 去 垂 直分速 的 影 响


~

则 变 成 下 列形 式

:

a中
.

_



a Z切
一二

一一二 万 一

e l

口t

一 丫

口戈

- 一二 `

~

(3)


) 公式 ( 3

即 为 土 坝 坝 体 中 不 稳 定渗 流 的 基 本微 分 方 程 式
,

土 坝坝 体 内渗 流 的 自 由 表 面 线 通 常可 假 定 为 一 条 抛 物 线
y
Z =

可 用 下 列 方 程表 示
;

:

a

+

bx

式中

流 自由表 线 上计 算点 的 横 座 标 和 纵 座 标 —渗 b 常 数 可 根据 边界 条件 求 得 — 如 果将 座 标 原点 选 择在 降 落 后 水 位 与 坝坡 相 交点 处 如图
x
a








,





,

1 c

所示

,

则渗 流 自
(4)

由 表 面 线 的 方 程 式可 简 化 为

:

y

=

亿 b戈

式中
b


h

z

L

+

he

o

t刀

(5 )

其中



其 它 符号 如 图 c 1



为 心 墙的 内坡角
所示




此 时水 库水 位降落 后坝 体 内 自由 水面 线 的 水力 坡 降为

;

水库水 位降落速度和土 坝坝坡 的稳定性

器 封令
水 力 坡降 的 增 量 为
:

=

( 6)


根 据公 式 和公 式

劣名

=



了 奇 务
:

(7)

可 得 自由 表 面 线 水力 坡 降 的 平均 增 量为
七 刀

,



o

(8)
,

如果 将 座 标 原点 从
~



点移 到 坝坡 角


点 (图
(

I

) c

则 上 式也 可 近 似 地写 成

z

:

艺 翌
a x


_

一 一丝竺丝丛二卫卫一一
{L
,
:



+

〔h

+

H

:



H )〕

e o

t 刀}

(9 )

式中

坝 前水 — 水库 水 位 降 落 高 度 H — L 心 墙 上 游 的 坝 底宽 度 ( 图 — 在渗 流 自 由表 面 线 上 故

H

`

深;

:

l ) c



,

y

=

护,

甲 =

h

+

(

H

l



H)


( 10 ) ( 11 )

a z甲 a 劣2

_

2 〔h + (

H
z
:



H )〕

戈L

I

+

Lh +

(月

+

月 ) J C O 毛P 少

`

将公式 (

10 )

和 ( 1 1 ) 代入 公 式 ( 3 ) 得


a人

2 〔h +

(

k

at

{L

,

+

[h+ (

H : H

:

一 一

H )〕 H ) 〕e o t 刀}
么 ;

2



: {L

+

[h+ ( H
+




忍 H ) 〕}

2k

[h

(

H

x



H

) 〕名

( 12 )

上 式 的 边 界条 件是 :



t = 0



,

h

=

H
!

将公 式 ( 1 2 ) 积 分
=

,

并 将 边界 条 件 代 入后 得
(

口生



二立 丁
H
z

.

H
(H


l

h )


+

ZL

c“

`“ I n 万
,

2左 t

[h

+

H )〕




不 哥
_

,一

c。

` 2“ 〔“



H〕

}

(, 4 )

当心 墙 的 上 游 边坡 较 陡
_

,

角度 刀 、 9 0
(
一 L儿 + 吸
~




c 。
_

, 七 刀 4 ) 可 近似 地 写成 : 、 。 故 公式 ( 1


- 二 尹7

`

2粉

一、 ~

「L }
于~ 矛

.

L



一 I

.

二几 一

佗 一 于 犷 一一 - 万
,

H


i

) h







下丁 二 f 一 ) J J

1


气 了 获7 产

艺八



f L } 了
一 L



下一 x

.

H

;


n l

h: 飞



式中

h,

如令




c ) 渗 流 自 由 表面 线 与 心 墙 上 游 坡 交 点 至 坝 底 面 的 高 度 ( 图 l



f

、 I

Q ,

a

= 一一 , , 下 布 ,

Zk t

H 一一

,

=

-

下了 二一 ,`
拼 U撰

Zk只

( 16 )

拼乙 i

其中

入 “



H一
1

J 1



~ _ 一~ 一~ 不俘 不 仅 四 相 坷 伸 洛 局 厌
,

~



,



`

~

,

.

22


一 一牙











~


H

H
t
=
,

— 一 水 库水 位 的 降落 高度

·

~ 一` 一一 一 不 浮不 仪 四 伸 俗 迷 压


~

:

_

,

,

因此

水 库水 位 降落高 度 — ~ 上 游 坝坡 坡率 牛 养 H — 一 ~ 一 一一 公 式 ( ) 可表 示 为
L




`

.



.

山 山



H 所经 历 的 时 间

,

。 。



`

15

:

a

=

7 ) 等 号 的 右部 表 示 水库 水位 降落 时 公式 ( 1 是说
,

在 水 库水 位 降 落 后
a
,

,

坝 体 内不 同 的 浸 润线 高度 可用 不 同 的



h
,

H



h
,

(17 )

坝 体 浸 润 线 端 点处 的 相 对 高 度
a



这就
,

值来表 示

,

或 者说

不 同的 系数
,

值 代表着 不 同 的 浸 润线 高 度


因此

a

值 体 现 了 水 库水 位 降 落 时 坝 内浸 润线 高
,

度 的 变化 速 度
由公 式 (
的 渗透 系 数 k

也 就 是 体 现 了 水 库水 位 降 落 的 速 度



a

值可 以 称 为 水 库水 位 的 降 速
u


简 称为 降速系 数
16)


可见

,

降速 系 数



a

不 仅 与 水 库水 位 的 降 落 速 度

,

有关

,

而 且 与坝 体
。 。

和 水 库 水 位 的 降落幅 度 ( 高度 ) H 有 关 根 据 公式 ( 1 7 ) 可 以 迅 速 判 断 出 水 库水 位 降 落终 了 时 土 坝 坝 体 内浸 润 线 的 位置 : 。 图 : 所 示 为 水 库水 位 降 落 H 的 情 况 下 不 同 值 时 土 坝 坝 体 内浸 润 线 的 位 置 其 一 “ ~ 冬 ” 产 ” ” ” ” 2 一 ” ” 一 一 ~ 一 ” ” 一” 一 一 一 a 二 0 中 降速 系 数 表 示 水 库水 位 降落 迅 速 故 水库 水 位 降 落 终 了 时 坝 内 浸 润线 的 位 置

排 水度

坝坡 的 坡 率

,

,



`





/

,



`



-



`

n



`



`



`

,









7



,

,

并未 发 生 变化 ; 降 速 系数 水位 的 变化 是 同 步 的
落高 度 的 一 半 处
; a
,

a

=

1

,

表 示 水库水 位 降落 缓 慢
,

,

故 坝 内 浸 润 线 的 变 化 与水 库
,

水 库水 位 降落 终 了 时
;
,

坝 内浸 润 线 已 改 变 为 水库水 位 降落 后 坝 内
a 二

稳 定 渗 流 情 况 下 的浸 润 线 位 置
=

而 降速 系 数

0

.

3 3 时
a
.

坝 内 浸润线 位 于 水库 水 位 降
和 和
a
a



.

4 3 时 1
,

浸 润线 的 位 置 位 于
a





=
=

。 33
1

.

时 的 浸 润线 位

置 的中 间处 中间处


;

a





.

6



浸 润 线 的 位置 则 处 于

=

0 3

3

时 的 浸 润线 位 置 的

图 2

H 在水位 降 落 冬
`

;

的 情 况下 不同



值 时土 坝坝体 内浸润 线 的位 置
,

由 于 水 库 水 位 降 落 的 快 慢 影 响 到 坝 坡 的 稳 定性 度 必 须 与 坝 坡 的 稳 定性 联 系 起 来 ! 水深 H 的 和 的 情况 下


因 此 判 断 和控 制水 库 水 位 降 落 的 速
,
·

番香 备
0, 0
.



,

为 此 笔 者在 假 定水 库水 位 的 降幅 H 分 别等 于 坝 前 “ “ 67 ” “ 2 当 水库 水 位的 降 速 系数 。 分 另 “为 ”
,
·

,

0 3

.

231,
0

0 33 3;
,

.

111,

0 25

.

,

0
0

.

428,

0 667
,

.

,

1 0

.



O

,

0 2 31

.

,

0

.

6

,

1
,

.

286



.



采用 简 化 的 毕 晓 普
,

( Bs j h

P )



并对坝 体 浸 润 线 作 了 适 当 简 化 后

通 过 大

量 计算

,

获 得水 库水 位 降落 后 土 坝坝 坡 稳 定安 全 系 数较 之 满 库 时坝 坡 稳 定安 全 系 数 下 降 如图
3

的百 分 数 P

所示



水 库水 位降落速度和土 坝坝坡 的 稳定性
(a )
一 l 4

23

无粘性土 坝坡
c

= 0
水 位 降涛
J H 盖

水位降落
% td à 丫 巾 世 秘 妞 象 卜 麟 粼 袱
优 .

0

J尸一 一、

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土 的 内摩 擦角 中

土 的 内摩擦 角






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土 的 内摩 擦 角



土的 内摩擦 角
尸 , 、 、 0 1 4 2 洲 户 一~ 、 、 、 ~ - 州 尸尸 尸沪 、 护洲 尸 ~ 尸尹
.







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土 的 内摩 擦 角 ,



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土的 内摩 擦角
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土 的 内摩擦 角

沪。



上 的 内摩 擦 角





创 卜拟 浅 粥 拔 麒 岁 冲 置 产 水

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35


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40

20

25

30

25

30


土 的 内 摩擦 角





土 的 内摩 擦角

,

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二 、

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水仪阶洛
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土 的 内摩擦角

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土 的 内摩擦 角
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土 的 内摩 擦 角

5

2 位 降 落速度 和土 坝坝 坡 的稳 定性 水库 水

水 位降 落粤 从


粘 性土 坝 坡
c


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2





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曰洲



岁 粼 卜 冲 à ǎ 嶙 叫 藏 逆 众 狱


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30



35

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土 的 内摩擦 角



3

水库水 位降 落 后 土 坝 坝 坡 的 稳 定 安全系 数较 之 水 库 蓄 满 时的坝坡 稳定安 全 系 数 下 降 : 一。 0 4 , 其 中 “ 为土 的 的 百 分数 尹 ( a ) 无粘性 土 坝坡 ; ( b ) 粘性 土 坝坡 (
·

,

凝 聚力

,



为 土 的浮 容 重

,

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:

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28
.


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.
.
.


. .













脚. 一 , 3 P 下 的 由图 可 见 坝 坡 稳 定安 全 系 数 降 百 分 数 与水 库水 位 的 降幅 H 和 水位 的 降 J 。 一, i , 、 二 ~ , , , 林 , 工蚌 ~ 山 , s d . t 。 一, I I L: 品 况 a 一二 , 速系 于 无粘 数 有 关 当水 库 从 满 蓄 情 况 下 降 牛 坝前 水深 即 下 降 牛 H 的 跳 情 下 对 一 4 一 ” 一 竺 竺 二 厂 几了 二 二二了 了 二 ! .t , 了 二 。 了1 5 ” 牡挤 二二万 几 ’.7 止二 二_ 二 J l 一二 ; ; 土 坝 坡 稳定 安 全 系 数 较 满 蓄 时 下降 甘 到 性 4, % 当 库 水 2 位从 满 蓄 情况下 降 H . , 。 ` 音 决 “ 夕 用 门 ,I 工山 仍伙 , , , ` 熟 工小从 认 川 田 飞 一 2 一 习 户 叶 _ 牛 、 * 。 。 _ 3 一 一 ~ ~ . ; , 斌爪 二 ~ ~ 一 ; ~ ~ 一~ 一 二 时 稳定 下降 O到 下 降斗 ~ 安全 系数 则 5 3 7 5 % 当 水 库 水位 从 满蓄 情 况 H 时 稳 定安 ` ~ ~ 一 一 ~ ~ 一 4 一 了 ~ ” ’, ~ ” ~ 一 ” 一 ” , , “ “ ` 全 系 数则 下 降 ” 到 7 ” ` 7 % 对 于 粘 性 土 坝坡 ( 其 中 为土 的 凝 聚 力 丁 ” 呼 卜 , 出 。 认一 , 1 人公 , * ~ 一) ~ 盆 石况 加 , , * , 全 护 为土 一 的 重 H 为~ 下 降 牛H ; ~ 系 浮容 坝 高 当 库 水 位从 满蓄 情 时 坝 坡稳 定安 ” ` 一 ~ ~ 一一 一 ~ ~ 一 4 。 一 一 一 . : 一~ ~ 一 一 二 。 _ 一 ~ 一 二 、 _ 1 _ 二 ~ ~ ~ 一 一 _ , : ; 二 1 4 况 下 % 2 1 % 当 库 从 况 全 数 较满 库情 降 到 “ , 水位 份 满蓄 情 下降 音 H 时 坝 坡稳 门 U , 定安 川 少 门 肖 门 少 7 2 一 户 从 ” 下 。 , ” 万 ~ 一 , 一. 」 月 片 一 ~ . 一 认 、 出 , , 3 , 入 , ~ 出 ~ 。 一 杀 , 、 * , 、 二 二 稳 定安 全 系 系 数则 下 降 ` ” % 到 ” ” “ % , 当水 库水 位 从 满 库 情 况 下 降 H 时 坝坡
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数则 下 降

5%




6 1 99%

.




,

由此可 见

,

水 库水位 降落 幅度 愈 大

坝 坡 稳 定安 全 系 数 的 下


降值 也 愈 大
2

当水 库 水 位 在 同 一 降 幅 的 情况 下
坡 稳 定安 全 系 数 下 降 的 百 分 数 P 值

,

水 位 降落 的 速 度对坝 坡 的 影 响 也 很 大
,


a
,

1

和表

分 别 表 示 无 粘 性 土 坝 坡 和 粘性 土 坝 坡 在 不 同水 位 降 幅情 况 下


不 同 降速 系 数
,

时坝
还是

由 表 中所列 数据 可 见
,


,

不 论 是 无 粘 性土 坝

粘 性土 坝
系数
a

,

在 水 库水 位 的 降幅 一 定 的 情 况 下
,

随 着 库水 位 降 落 速 度 的 减 慢

或 水 位 降速

的增大

安 全 系 数 下 降 的 百 分 数 P 明 显 减小
在 不 同 的水 位 降 幅 时
,

表 1

不同 降 速 系 数

a

情 况 下 无 粘 性土

坝 坡 稳 定 安全 系 数 下 降 的 百分 数 p 值
水 位 降幅为李H
4
,

降 速系 数

a

0 0 66 7
. .

.

0 14 2
.
.

.

坝坡稳 定安 全系 数 下降百分数 尹

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}

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.


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`
.

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a

0 1 11

.

0 25
.

0 428
. .

.

坝 坡 稳 定 安 全系 数 下降百分数 夕


·

6 0 9 3、
.

.

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.

.

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·
.

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0





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·

H

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降 速系 数

a

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·
·

1 7 多 4 6 0 5 “ 5 7 0 4 另 3 1 2 5 “ 3 8 7 1多 1 6 { 切

坝 坡 稳 定 安 全 系 数 下 降 的 百 分 数 P 与 土 的 内摩 擦角 趋 势 是 对 于无 粘 性 土 坝坡

,
,





一一
·
· ·

… {

… {
·

上兰 些1 0” 1 9 9 7拓
·



阵 {
a

一一

生 生
0



也 存在 一 定 的 关 系


,

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,
.

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,

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;

时 P 值最 大
的增 大
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,



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2


0



,

随着
<



0 值也增大 当 > 25 , 在 水 库水 位 降 落 分 别 为 粤 H
P
;







随着
;



,

P
,

值 则 减小

对 于 粘性 土 坝 坡
0

1 一一 2 又 一

1

2

a

< 0 5 8

.



a

< 1 28 6

.



,

随着

,

— 4 的增 大


~ 万1 1

3

」1

的情 况 下
P

当 降速 系 数 分 别 为
;

3 2

1



值增 大

同样

,

在水 库 水 位 降 落 分 别

水 库水 位 降 落 速 度 和 土 坝坝坡 的 稳 定 性



在不 同 的 水 位 降 幅 时

,

不 同 降速 系 数

a

情况 下

粘 性 土 坝 坡稳 定 安全 系 数 下 降 的 百 分 数 P 值
水 位 降幅为 降速 系 数
a


H
·

l

0
. . .

0 0 6 67
.

.



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5

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.



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.

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.

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水 位 降幅 为
降速系 数
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0 25
·



坝坡稳定安 全 系 数 { 4 下 降百 分 数 尹 {

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2 1“ 5 9 15 形
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.

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.

8 5 1多

水位 降幅为 降速系数
a


·

H

l

坝坡 稳 定 安全 系 数 4 9 0 6~ 下 降百 分 数 尹 {
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·

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.

·

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8 9` 1 2 4 1多
.

·



从 合








1



H

以 及 降 速 系数 分别 为






.

23 1







,

58





8 2

6



,

随着

的增大
4

,

值则 减小



所 示 为坝 坡处 于极 限 平 衡 状态 ( 坝 坡 稳 定 安 全 系 数 K
a

1

的情 况 ) 下

,

水库

,

水 位 降速 系 数

与坝坡 坡 率




和 土 的 内摩 擦角



的 关 系 曲线
a

可 用 来选 择

,

(控 制 ) 水

库 水 位 的 降 落速 度

即 根 据水 库水 位 降 落 幅 度和 给 定 的 坝 坡 坡 率
,

及 土 的 内 摩 擦角

在 相 应 的图 上 可 得 一 交点
,

该 交 点将 落在 代 表 不 同


值 的 曲线 之 间
, ,

则 水 库水 位 的 降

速应 选 择 交 点 以 上 各 曲线 的 降 速 系 数 值 例 如 对 于 粘 性 土 坝坡 l = , = : 。 则 在 图 ; 中 对 于 粘 性 土 坝 坡 的 相应 图 上 李H m 3
,
,
。 ,

当 水 库 水 位的 降 幅 为 , 得 到 一 个交 点 该 交

2

点 位于 图 中
a

a

=

O



a





.

n

l
,

的 两条 曲 线 之 间

,

则 水 库水 位 的 控 制 降 速 系 数 应 取
a

>

0 1 11
a

.

,

坝 坡 才 可 能是 稳 定 的
,

而 决不 能取 水 位 降速 系 数

<


0

.

111





4

也表 示在
,

一定 的

值 时 坝坡 的 极 限 坡 率 值 或 坝 体 土 料 的 极 限 内摩 擦 角 值
a

如 上所 述 降速 系 数

,

衡 量 水 库水 位 降落 速 度 快 慢 的 标 准 必 须 与坝 城 的 稳定 性相 联 系
,

而水位

值 与 坝 坡 稳 定安 全 系 数 的 下 降值 P 有 密 切 关 系
,

a

值 愈小

,

则 P 值愈

反 之 则愈 小


因此

,

水 位 降速 系 数



可 用来 作 为 衡 量 水 库 水 位 降 落 快 慢 的 标 准 或
的 规定
1
.

指标

1 一8 根 据 辗 压 式 土 坝设 计 规 范 S D J 2 8 4

,

在 正 常 运 用 条件 下
l 级坝
1
.

,

坝坡的 最 小
V 级坝
1
.

稳 定 安全 系 数 值 应 为
1 0 5;
.

:

I 级坝
,

1

.

0 3
,

,

I 级坝
1
.

5 2
0 1
,

,

1

.

0 2
,

,

W
1
.



5 1
F

;

在 非常运 用 条件 I 的 情 况 下
V 级坝
1
.

I 级坝

0 2
,

,

亚级坝
1
.

5 1

,

l 级坝
1
.

0 1

,

W
1
.



V 级坝
,


在 非 常 运 用 条 I 的 件情 况 下
0


I 级坝

I 级坝

5 0
,

l 级坝

5 0

由此 可 见

,

在 一般 情 况下

0 % 如果 P 值 小 于 1

则 坝 坡 的 最 小稳 定 安

全 系 数 K 值仍 能保 持 在 规范 规 定 的 非常 运 用 条 件 I 和 非 常 运 用 条 件 I 所 限 定 的最 小 稳


无粘 性 土 坝坡









0 报

粘 性 土 坝坡

尸炉

月 J ` 呀 1

2 日 异 翼 娜 哥

水 位 下降 二

声 尹 淤





多乡

,

~

日 讲 郭 娜





乳叮
15 20 25 30

土 的 内摩擦 角





土 的内 摩擦角








_



少乡 乡年尹
户 户产

犷。



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已 易 娜 锌
/

洛 长沙
、 J
.

,







10

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H



,



.

/
,

尸一

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已 郭 娜 哥

/ /

尸/

犷勺



/ /

J



10

夕/ 滋纤 / / / 界 / 今
.



/

/

声沪

/

水位下 降 H



40

15

20

25
p


30

35

土 的内摩攘 角
35
40

15

20

25

30

土 的内摩擦 角 中



ó戈 」 飞

2 4

H 水 位下 降粤


日 异 娜 褂 翼


/

`

不七 少 / 今夕 / /
护产 产

尸户

.

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/ /

子产 产

/

日 娜 洲 并 卿



/ /

/

/

土 的 内 摩擦角



r

厂/ 歹 / 夕诊 夕/


分尸 尸/ 尸


侧口

/
水位下
30

.

/



H

15

0 2

25

35

土 的 内摩 娜角
a

图 4

当坝 坡 稳定 安 全系 数 K ~ 1 时水 库水 位 降 速 系 数 角 沪 的关 系曲线瘦
:

与 坝坡 率
,



和 土 的 内 摩擦


(a )
_

对 于 无 粘性 土 坝 坡


;

(b )
. 、
`

对 于 粘 性土 坝 坡
_

定 安 全系 数 之 间
. _

,


不 致 影 响 坝 坡 的 稳定性
.

因此
. _

,
,

根 据这 一 标 准
.

划 分 水 库 水 位降 落 速
, ,

… 的界 限可 定 为 度 快慢 当水 库 水 位 的 降幅 为 子H 时 / / “ 目 一 用 / 八 4 二 刁 ~ F 民 ~ , 一 J乃 * 」 ~` . 降 旧 叮 二 , f 一 , 1 , 二 “ ~ 0 0“ 67 。 , , 二 一 捅 精 ` “ 为速 降 如 ) 则 为缓 降 当 水 库 位 的 降幅 为 H 时 如 <
_



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:



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廿

`

二 …性 土坝 对 于无 粘
_





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如 果在 土 坝设 计 和 运 用 管 理 中

水库 水位 的 降 落速 度 必 须 在 速 降情 况 下

则应 根 据

水 库 水 位降落速 度 和 土 坝 坝 坡 的 稳定性



3

所示 的 P 值

,

加 大坝 坡在 正 常 运 用 条 件 下 的 稳定 安 全 系 数 值


,

否 则 将不 能 保 证 坝

坡 在 水 库 水位 降 落 时 的 稳 定 性


衡 量 水 库水 位 降 落 的 快慢 坡 的 稳 定性联 系起 来 水 库水 位 降速 系 数
a



t,

,

不 能 仅仅 以 水 库水 位 降 落 的 速 度

,

为标 准

,

而必 须 和 坝
,

水 库水 位 降速 系数

不 仅 包 含 了 水 库水 位 降落 的 速 度 因 此也 包 含 了 坝 坡 稳 定 性 的 因 素


而且 体 所以
,

现 了 水 库 水 位 降 落 终 了 时 坝 内 浸 润 线 的位 置



可 以 用 作衡 量 水 库 水位 降落 速 度的 指 标
, ,

水 库水 位降 落 速 度可 分 为 速 降和 缓 降两 种 情 况
0 % 坝 坡稳 定安 全系 数 K 的 下 降 值 P 为 1 下 降值 大 于 1 0 % 同时
, ,

区 分 两 者 的 标 准 是 水 库水 位 降 落时


如 果 水 库水 位 降 落 后 坝坡 稳 定 安 全 系 数 的
,

则 为速 降
a

,

0 % 小 于 和 等于 1
,

则 为缓 降

水 库 水位 降落 幅 度 H 不


划 分 速 降和 缓 降的

值也不 同

在 一 般情 况 下 如表 3 所 示
,

表 3
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在不 同 的 水库 水 位降 落 幅 度 的 情 况 下
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区 分 速 降 和缓 降 的


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在 土 坝 设计 中

要 满足 辗压 式 土 石 坝 设 计 规 范 S D J
,
,

一8 4

中 所 规定 的 非 常 运 用


条 件 下 的 最 小 稳 定 安全 系 数 值

必 须使 水 库 的 设计 泄 降 速 度 在 上面所 述 的 缓 降 范 围 内 达 到速 降 的 标 准 中的 规定 值
, ,

如若水 库 水 位 的 设 计 泄 降 速 度 必 须 超 过 上 述 缓 降范 围
所 规 定 的 正 常 运 用 条 件 下 的 最 小 稳定 安 全 系 数 值
的 最 小 稳 定安 全 系 数 值乘 以 系 数 ( 1
+
,

为 了 使 非常 运

用 条 件 下 坝 坡 的 最 小 稳 定安 全 系 数 值 满 足 S D J 2 8 1 一8 4 P )


则应 加 大 规 范 中

即 达 到 规 范 中规定 的 非 常 运 用 条 件 下
,

在 水 库 的 运 用 管理 中
坝 坡 的 稳定 性


,

应 控 制 水 库水 位 的 降 落速 度

使 之 在 缓 降的 范 围 内
,

,

以保证

如若 在运 用 管 理 中 必须 使 水 库 水 位 泄 降 的 速 度 超过 缓降 的范 围
,

,

则应 核

算 坝 坡 的 稳 定安 全 系 数 落水 位 等 措施


并 采 取 相 应 的 保 证 坝坡 稳 定 安 全 的 措 施

例如

,

采取分 阶 段 降

32
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〔1 〕






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