土石坝渗流分析和稳定计算简介
设计土石坝时，在初步拟定了坝体断面、基本构造和基础处理方案后，应进行渗流分析和稳定计算，以确定初拟坝体断面是否安全、经济。
（一）渗流分析
1.渗流分析概述
（1）土石坝渗流计算目的：确定坝体浸润线及下游出逸点的位置，为坝体稳定计算和布置观测设备提供依据；计算坝体和坝基的渗流量，以便估算水库的渗漏损失；求出坝体和坝基局部的渗透坡降，验算渗流出逸处是否可能发生渗透破坏。
（2）渗流计算的工况：上游为正常蓄水位、下游为相应的最低水位；上游为设计洪水位、下游为相应的水位；上游为校核洪水位、下游为相应的水位；库水位降落时上游坝坡稳定最不利情况。
（3）渗流计算的方法有：解析法、实验法、流网法和数值法等。
2.水力学法计算原理
渗流计算视坝型、地基透水情况、坝体下游有水无水、排水设施的型式等因素进行分析计算，其计算简图如图3-31所示。根据二元稳定层流的特性，可由达西定律推导出平底、无压渗流基本方程式（单宽渗透流量和浸润线）：
式中 q——坝体单宽渗透流量，m3/（s·m）；
y——浸润线纵坐标，m；
x——渗流沿程坐标，m；
k——坝体渗透系数，m/s；
a0——浸润线逸出点高于下游水位的高度，m；
H1——上游水深，m；
H2——下游水深，m。
图3-31 渗流计算简图
对下游无水的非贴坡排水或透水地基，H2可忽略不计。
对透水坝基，可先视坝体为不透水体，按有压渗流原理得出坝基单宽渗流计算公式，并计算出坝基渗流量q1，再加上坝体的渗流量q2，即可得出整个断面的单宽渗流量q。
沿坝轴方向，按坝地基、坝体高度变化情况，将其分成若干段，分别计算出各段的渗流量Qi；最后将各段渗流相加，即得总渗流量Q。
3.土石坝的渗透变形
土体由于渗透的作用而出现的破坏称为渗透变形。渗透变形有管涌、流土、接触冲刷、接触流土等四种型式。实际工程中发生的渗透变形主要是管涌和流土。(https://www.daowen.com)
管涌是指在一定水力坡降的渗透水流作用下，土坝中的细颗粒土穿过骨架孔隙流失的现象。管涌只发生在无黏性的土中，对于没有凝聚力的砂土、砾石砂土容易出现管涌。在坝基、坝坡下游渗流逸出处，渗透坡降较大，容易产生管涌破坏。
流土是指在一定水力坡降的渗透水流作用下，局部土体从坝坡或坝基表面掀起的现象。流土主要发生在黏性土及均匀非黏性土体的渗流出口处。
土体发生渗透变形的原因取决于渗透坡降、土颗粒的性质。设计时，一方面降低渗透坡降，从而减小渗流流速和渗透压力；另一方面，增加渗流出逸处土体抵抗渗透变形的能力。其具体措施是设置防渗设施、反滤排水、减压设施和盖重。
（二）土石坝的稳定计算
1.滑裂面的形状
由于坝体结构、坝基地质及工作条件不同，土石坝可能出现滑裂面形状也不同，一般滑裂面可归纳为圆弧形、直线或折线形、复合形几种，如图3-32所示。
图3-32 坝坡滑裂面形状
（a）、（b）圆弧滑裂面；（c）、（d）直线或折线滑裂面；（e）、（f）复合滑裂面
1—坝壳；2—防渗体；3—滑裂面；4—软弱层
（1）圆弧滑裂面。当滑裂面通过黏性土的坝体或坝基时，滑裂面的形状呈一个上陡下缓的曲面，如图3-32（a）、（b）所示。分析时，该曲面常用圆弧面代替。
（2）直线或折线滑裂面。当滑裂面通过无黏性土时，其滑裂面可能是直线或折线，如图3-32（c）、（d）所示；当坝坡部分浸在水中时，滑裂面也呈折线形；当有斜墙时，折线面常通过斜墙的顶面或底面。
（3）复合滑裂面。当滑裂面通过几种性质不同的土体时，可能呈现由直线和曲线组成的复合形状的滑裂面，如图3-32（e）、（f）所示。
2.坝坡稳定计算工况
（1）施工期的上、下游坝坡稳定计算。
（2）稳定渗流期的下游坝坡稳定计算（正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位）。
（3）水库水位降落（骤降、缓降）期的上游坝坡稳定计算。
（4）正常运用遇地震时上、下游坝坡稳定计算。
3.滑坡分析的原理
一般情况下，将滑坡体视为刚体，利用刚体极限平衡理论进行分析。计算时，先判断破坏面（滑动面）的形式，然后选取某可能的危险滑动面，求出其抗滑稳定安全系数。改变相关参数，假设若干个可能的滑裂面，分别计算，最后求出最小抗滑稳定安全系数。当求出最小的安全系数大于规范允许值时，则说明坝体边坡是稳定的。
圆弧法稳定计算原理是：假定坝坡或坝坡连同部分坝基的土体沿某一圆柱面滑动，其破坏滑动面简化为圆弧面，将滑动体分成若干竖直土条，每个土条上作用力简化到滑弧面上，分别求出各力对圆心的力矩，并分别归并为滑动力矩∑Ms和抗滑力矩∑Mr。每个假定圆弧面的抗滑安全系数可由下式计算。
假定不同圆心和半径画出一系列滑弧，对每一滑弧上的土体进行分析，比较一系列的Kc值，最小的Kmin即为该计算工况的安全系数。它应大于规范的允许值，允许安全系数Kc与坝的级别、运用条件有关，详见《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）的规定。
折线法、复合滑动法的具体计算，可参考有关书籍。