19.2　实验原理

土坝是水利工程中常见的挡水建筑物之一。其渗流计算的主要任务是确定流过坝体的渗流量、浸润线和渗透流速等，来验证坝体的渗流稳定性和水量损失。土坝分为均质土坝、土质防渗体分区坝和非土质材料防渗体坝，本章主要介绍均质土坝渗流量、浸润线计算方法和渗透系数的模型实验方法。

土坝渗流的确定方法有解析法、数值解法、流网法、实验法[1]。解析法包括流体力学法和水力学法，流体力学法假定土坝渗流区内的渗流满足达西定律和拉普拉斯方程，对于边界条件极为简单的少数情况可得到解析解，而实际工程中土坝的边界条件十分复杂，求其解析解是困难的，目前多采用差分法或有限元法进行数值求解；水力学法认为土坝的渗透水流符合达西定律，而且假定渗透水流为渐变流，过水断面上各点的渗透流速和渗流坡降都是相等的，水力学法一般能满足工程设计精度，而且计算简单，是土坝渗流计算常用的方法，本章的土坝渗流计算主要介绍水力学法。数值解法主要有差分法和有限元法，可用于复杂的边界条件以及非均质、各向异性等不同情况，对于高坝一般采用数值计算法。流网法实质是渗流基本微分方程的图解法，可用于解决边界条件比较复杂的渗流问题，且有足够的精度，故也在工程中广泛采用。在某些情况下也可以采用实验法，实验法主要有黏性流体模型法、沙槽模型法和电模拟法，电模拟法和黏性流体模型法在第17章和第18章已做过介绍，本章介绍沙槽模型法。(https://www.daowen.com)

最早研究土坝渗流的是Chafiq，他于1917年发表了第一个土坝渗流的近似计算方法，该方法属于基本抛物线法，抛物线法的基本思想是对坝体的等水头线或浸润线做抛物线假定，以求得有关渗流要素[1]。1931年，萨马林根据流网法绘制了土坝的流网；同年巴甫洛夫斯基提出了土坝渗流计算的分段法[2]。以后许多学者对分段法进行补充和发展，分为三段法和二段法，分段法目前已成为土坝渗流计算普遍采用的方法[1]。