1、学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 1 页 共 11 页 2022 环球网校一级建造师水利水电工程管理与实务直播大班课 工程设计 5 与水流控制 1 学习目标：1.区分渗透破坏类型；2.掌握反滤层；3.识别水流形态与消能方式；4.了解施工导流标准；5.掌握施工导流方式。1F411026 渗流分析 一、土石坝的渗流分析 渗流分析的内容包括：确定浸润线的位置；确定渗流的主要参数渗流流速与坡降；确定渗流量。进行渗流分析的方法较简单的有水力学法和流网法。二、闸基的渗流分析 闸基渗流计算的目的是计算水闸闸基地下轮廓各点的渗透压力、渗透坡降、渗透流速及渗流量。常有的方法有直线比例法、流网法和改进阻力
2、系数法。三、渗透系数 1.渗透系数是反映土的渗流特性的一个综合指标。2.渗透系数的大小主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数及水温，一般采用经验法、室内测定法、野外测定法确定。3.渗透系数公式：（09 年单选）k=式中 Q通过实测的流量(m3/s)；A 渗流的土样横断面面积(m2)；L 通过渗流的土样高度(m)；H 实测的水头损失(m)。四、渗透变形 渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四种基本形式。（一）管涌 1.在渗流作用下，非黏性土土体内的细小颗粒沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出，致使土层中形成孔道而
3、产生集中涌水的现象称为管涌。2.管涌一般发生在无黏性砂土、砂砾土的下游坡面和地基渗流的逸出处。对于黏土土料，由于颗粒之间存提供最新高端VIP课程+精准押题：一建、二建、咨询、监理、造价、环评、经济师、安全、房估、消防/等 QQ/VX:2069910086学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 2 页 共 11 页 在黏聚力，渗流不容易把土壤颗粒带走，因此较少发生管涌。（二）流土 1.在渗流作用下，非黏性土土体内的颗粒群同时发生移动的现象；或者黏性土土体发生隆起、断裂和浮动等现象，都称为流土。（17、14、13 年单）2.流土现象主要发生在黏性土及较均匀的非黏性土体的渗流出口处。（三）接触冲刷
4、 当渗流沿着两种渗透系数不同的土层接触面或建筑物与地基的接触面流动时，在接触面处的土壤颗粒被冲动而产生的冲刷现象称为接触冲刷。（四）接触流失 在层次分明、渗透系数相差悬殊的两层土中，当渗流垂直于层面时，将渗透系数小的一层中的细颗粒带到渗透系数大的一层中的现象称为接触流失。管涌和流土主要发生在单一结构的土体（地基）中，接触冲刷和接触流失主要发生在多层结构的土体（地基）中。一般来讲，黏性土的渗透变形（破坏）形式主要是流土。（五）防止渗透变形的工程措施 防止岩（土）产生渗透变形的工程措施可概括为两大类：第一类：改善岩土体的结构特性，提高其抵抗渗透变形的能力，通常只用在岩体中。第二类：截断岩（土）体中
5、的渗透水流或减小岩（土）体中渗透水流渗透比降，使其小于允许比降，最可靠的方法是在渗透土层中兴建防渗墙。具体工程措施为：(1)设置水平与垂直防渗体，增加渗径的长度，降低渗透坡降或截阻渗流。(2)设置排水沟或减压井，以降低下游渗流口处的渗透压力，并且有计划地排除渗水。(3)对有可能发生管涌的地段，应铺设反滤层，拦截可能被渗流带走的细小颗粒。(4)对有可能产生流土的地段，则应增加渗流出口处的盖重，盖重与保护层之间也应铺设反滤层。（六）反滤层和过渡层 1.反滤层 （1）反滤层的作用是滤土排水，防止在水工建筑物渗流出口处发生渗透变形。（2）反滤层要求 在土质防渗体与坝身或与坝基透水层相邻处以及渗流出口处
6、，如不满足反滤要求，都必须设置反滤层。对反滤层的要求是：学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 3 页 共 11 页 相邻两层间，颗粒较小的一层的土体颗粒不能穿过较粗的一层土体颗粒的孔隙；各层内的土体颗粒不能发生移动，相对要稳定；被保护土壤的颗粒不能够穿过反滤层；反滤层不能够被淤塞而失效；耐久、稳定，在使用期间不会随着时间的推移和环境的影响而发生性质的变化。坝的反滤层必须符合下列要求：使被保护的土不发生渗透变形；渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；不致被细粒土淤塞失效。2.过渡层 过渡层的作用是避免在刚度相差较大的两种土料之间产生急剧变化的变形和应力。反滤层可以起过渡层的作用，而过渡层
7、却不一定能满足反滤要求。【例题单选】在渗流作用下，非黏性土土体内的颗粒群同时发生移动的现象称为（）。【2017】A.管涌 B.流土 C.接触冲刷 D.接触流失【答案】B 【解析】在渗流作用下，非黏性土土体内的颗粒群同时发生移动的现象;或者黏性土土体发生隆起、断裂和浮动等现象，都称为流土。【例题案例节选】某水利枢纽工程其设计灌溉面积为 30 万亩，工程施工采用一次拦断河床围堰导流，上游围堰背水侧发生管涌，施工单位在管涌出口处采用反滤层压盖进行处理。反滤盖层材料包括：块石、大石子、小石子、粗砂等，如图所示。【问题】说明本工程施工围堰的建筑物级别？分别指出图中、所代表的材料名称。【参考答案】（1）本
8、工程施工围堰的建筑物级别为 5 级；（2）代表大石子，代表小石子，代表粗砂。1F411027 水流形态及消能方式 一、水流形态 从描述水流的不同角度出发，水流形态主要包括：恒定流与非恒定流；均匀流与非均匀流；层流与紊流；学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 4 页 共 11 页 急流与缓流。（一）恒定流与非恒定流 1.恒定流（20 年选择）流场中任何空间上所有的运动要素（如时均流速、时均压力、密度等）都不随时间而改变的水流称为恒定流。2.非恒定流 流场中任何空间上有任何一个运动要素随时间而改变的水流称为非恒定流。（二）均匀流与非均匀流 1.均匀流 当水流的流线为相互平行的直线时的水流称为均
9、匀流。2.非均匀流 当水流的流线不是相互平行的直线时的水流称为非均匀流。非均匀流分为渐变流和急变流两种类型。（三）层流与紊流 1.层流 当流速较小，各流层的液体质点有条不紊地运动，互不混搀，该流动形态为层流。2.紊流 当流速较大，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中互相混搀，该流动形态为紊流。实际工程中紊流是最为常见的流态，如闸后、跌水、泄水、水轮机中的水流均为紊流。学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 5 页 共 11 页（四）急流与缓流（动能和势能或者水流的流速与干扰波的波速相对大小）1.急流 当水深小于临界水深，佛汝德数大于 1 的水流，称为急流。（只影响下游）2.缓流 当水深大于
10、临界水深，佛汝德数小于 1 的水流，称为缓流。（上游水位壅高）二、消能与防冲方式 消能与防冲方式 定义 适用条件 底流消能（18 年单选）利用水跃消能，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，高流速的主流在底部 水闸基本采用此种消能方式 挑流消能 利用溢流坝下游设置挑流坎（挑流鼻坎）消能，形成冲刷坑 适用于坚硬岩基上的高、中坝 消能与防冲方式 定义 适用条件 面流消能 在主流与河床之间形成巨大的底部旋滚，旋滚流速较低，避免高速水流对河床的冲刷，高流速的主流位于表层 一般不需要作护坦 消力戽消能 利用泄水建筑物的出流部分造成具有一定反弧半径和较大挑角所形成的戽斗消能 一般不需要作护坦 提供最新高端VI
11、P课程+精准押题：一建、二建、咨询、监理、造价、环评、经济师、安全、房估、消防/等 QQ/VX:2069910086学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 6 页 共 11 页 消能与防冲方式 定义 适用条件 水垫消能 利用下游水深形成的水垫来消耗水流能量 拱坝泄流釆用坝顶泄流或孔口泄流方式时采用 空中对冲消能 利用拱冠两侧对称设置溢流表孔或泄水孔，使两侧挑射水流在空中形成对冲，消耗能量 狭窄河谷修建拱坝时采用 【例题单选】水库水位和隧洞闸门开度保持不变时，隧洞中的水流为（）。【2020】A.恒定流 B.均匀流 C.层流 D.缓流【答案】A【解析】流场中任何空间上所有的运动要素（如时均流速、
12、时均压力、密度等）都不随时间而改变的水流称为恒定流。【例题单选】下图所示的消能方式属于（）。【2018】A.底流消能 B.挑流消能 C.面流消能 D.消力戽消能【答案】A【解析】底流消能是利用水跃消能，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。小结 学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 7 页 共 11 页 1F412000 施工水流控制 1F412010 施工导流与截流 1F412011 施工导流标准 导流标准 划分依据 导流建筑物级别 保护对象、失事后果、使用年限和导流建筑物规模 导流建筑物设计洪水标准 导流建筑物的级别和类型 并结合风险度分析合理确定 施工期临时度汛
13、洪水标准 坝型和坝前拦洪库容 导流泄水建筑物封堵后坝体度汛洪水标准 坝型和大坝级别 1F412012 导流方式 施工导流的基本方式可分为分期围堰导流和一次拦断河床围堰导流。按泄水建筑物型式可分为：明渠导流、隧洞导流、涵管导流、底孔导流、淹没基坑法导流、施工过程中的建筑物缺口导流以及不同泄水建筑物的组合导流等。一、基本方式（一）分期围堰导流（14、15 年案例）学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 8 页 共 11 页 1.定义 分期围堰法导流又称为分段围堰法，即用围堰将要施工的永久建筑物分段分期维护起来，便于干地施工。所谓分段，就是在空间上用围堰将永久建筑物分为若干段进行施工。所谓分期，就
14、是在时间上将导流分为若干时段。2.适用条件（1）导流流量大，河床宽，有条件布置纵向围堰；（2）河床中永久建筑物便于布置导流泄水建筑物；（3）河床覆盖层不厚；（4）有通航要求或冰凌严重的河道。3.泄水道 根据不同时期泄水道的特点，分期围堰导流中又包括束窄河床导流和通过已建或在建的建筑物导流。（1）束窄河床导流 通常用于分期导流的前期阶段，特别是一期导流。其泄水道是被围堰束窄后的河床。（2）通过建筑物导流 主要方式包括：设置在混凝土坝体中的底孔导流，混凝土坝体上预留缺口导流、梳齿孔导流，平原河道上的低水头河床式径流电站可采用厂房导流等。这种方式多用于分期导流的后期阶段。学员专用 请勿外泄 环球网校
15、学员专用 第 9 页 共 11 页 （二）一次拦断河床围堰导流 1.定义 一次拦断河床围堰导流，又称为全段围堰法导流，是指在河床内距主体工程轴线（如大坝、水闸等）上下游一定的距离，修筑围堰，一次性截断河道，使河道中的水流经河床外修建的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄，故又称河床外导流。2.适用条件 枯水期流量不大且河道狭窄的河流。3.导流阶段 根据施工期挡、泄水建筑物的不同，一次拦断河床围堰导流程序可分为初期、中期和后期导流三个阶段。阶段 挡水 泄水 初期 围堰 导流泄水建筑物 中期 坝体临时 导流泄水建筑物 后期 坝体挡水 水库开始蓄水 二、辅助导流方式 在采用上述导流方式时，往往需要选择合适
16、的泄水方式配合水流控制，称为辅助导流方式。1.明渠导流 是在河岸或河滩上开挖渠道，在基坑的上下游修建横向围堰，河道的水流经渠道下泄。提供最新高端VIP课程+精准押题：一建、二建、咨询、监理、造价、环评、经济师、安全、房估、消防/等 QQ/VX:2069910086学员专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 10 页 共 11 页 适用于：岸坡平缓或有一岸具有较宽的台地、垭口或古河道的地形。2.隧洞导流（13 年单选）在河岸边开挖隧洞，在基坑的上下游修筑围堰，河道的水流全部或部分由导流隧洞下泄。适用于：河谷狭窄、两岸地形陡峻、山岩坚实的山区河流。3.涵管导流 适用于：导流流量较小的河流或只用来担负
17、枯水期的导流。一般在修筑土坝、堆石坝等工程中采用。【小结】1.准确判定识别分期围堰导流与一次拦断河床围堰导流。2.某水电工程坐落在河谷狭窄、两岸地形陡峻、山岩坚实的山区河段，设计采用全段围堰法导流，辅助导流方式为隧洞导流。（）【例题讲解】【例题案例节选】【2015】某水库除险加固工程的主要内容有泄洪闸加固、灌溉涵洞拆除重建、大坝加固。工程所在地区的主汛期为68 月份，泄洪闸加固和灌溉涵洞拆除重建分别安排在两个非汛期施工。施工导流标准为非汛期 5 年一遇，现有泄洪闸和灌溉涵洞均可满足非汛期导流要求。2011 年 10 月 1 日开工，工期 19 个月。（每个月按 30 天计）控制性节点工期 学员
18、专用 请勿外泄 环球网校学员专用 第 11 页 共 11 页 节点名称 控制性节点工期 水库除险加固工程完工 2013 年 4 月 30 日 泄洪闸加固具备通水条件 T 灌溉涵洞拆除重建具备通水条件 2013 年 3 月 30 日【问题】指出表中控制性节点工期 T 的最迟时间，说明理由。【参考答案】控制性节点工期 T 的最迟时间为 2012 年 5 月 30 日。理由：施工期间泄洪闸与灌溉涵洞应互为导流，因灌溉涵洞在第二个非汛期施工，泄洪闸加固应安排在第一个非汛期，而 6 月份进入主汛期，故在 5 月 30 日前应具备通水条件。【例题案例节选】【2020 年二建】某小型排涝枢纽工程，由排涝泵站、自排涵闸和支沟口主河道堤防等建筑物组成。排涝枢纽平面布置示意图见图 1。【问题】本工程采用的是哪种导流方式？【参考答案】主河道采用分期围堰导流（束窄河床导流），支沟采用一次拦断河床围堰导流。
