21.2.1 下游无排水设施
土质防渗体斜置于土坝的上游面，坝体采用透水性较好的沙石料，或自上游防渗体向下游侧渗透性逐渐增大的几种土料构成的土石坝称为斜墙坝。
斜墙坝渗流实验的主要任务是确定经过坝体的单宽渗流量、浸润曲线、流速和逸出点的高度，确定坝体的渗透系数。
设有一筑于水平不透水地基上的斜墙坝，如图21.1所示。坝高为Hn，坝顶宽度为b，上、下游水头分别为H1和H2，上游坝坡系数为m1，下游坝坡系数为m2，在坝的上游面设一道透水性很小的斜墙，斜墙顶部厚度为δ1（上游水面处），底部厚度为δ2，平均厚度为
，如图中的虚线所示，斜墙的渗透系数为k0，斜墙下游均质土坝的渗透系数为k。上游液体将通过斜墙的边界AB渗入坝体，在坝体形成浸润线，由于斜墙的渗透系数k0远小于坝体的渗透系数k，所以渗流通过斜墙的水头损失较大，浸润线在斜墙中形成很大的跌落，如图中的AFC线所示，C点为逸出点，CH的垂直高度a0称为逸出高度，ABDC区域为渗流区。
图21.1 平均厚度法计算斜墙坝渗流示意图
斜墙坝的渗流计算有折换法、分段法、平均厚度法等。折换法的计算过程与心墙坝完全相同。平均厚度法将变厚度的斜墙简化为等厚度的斜墙，计算比较简单。分段法将斜墙与坝体的浸润线相交点分为上坝段和下坝段分开计算，计算比较复杂。本章介绍平均厚度法和分段法计算斜墙坝渗流的方法。
1.平均厚度法[1]
和心墙一样，将变厚度的斜墙化为等厚度的斜墙，即视斜墙厚度为平均厚度，设斜墙的平均厚度为
，则
式中：δ1为斜墙顶部（上游水面处）的法向厚度；δ2为斜墙底部的法向厚度；δ为斜墙的平均法向厚度。
平均厚度法将渗流的计算分成3部分，即斜墙段、中间坝段和下游三角形楔体段。
（1）斜墙段。如图21.1所示，在斜墙后的F点，即均质土坝浸润线的起点处，斜墙的法向渗流水头为H1-h-
cosα，渗径为
，平均水力坡度为
式中：H1为上游水深；h为斜墙后的浸润线高度；J为通过斜墙渗流的平均水力坡降；α为平均厚度斜墙与水平面的夹角。
斜墙段的单宽渗流量为
式中：k0为斜墙的渗透系数；A为斜墙上游面和下游面单位宽度的平均渗流面积。
设斜墙上游面单位宽度的渗流面积为A1，斜墙下游面单位宽度的渗流面积为A2，由图21.1可以看出，A1=l1×1，A2=l2×1，则
斜墙上游面和下游面单位宽度的平均渗流面积为
将式（21.6）代入式（21.3）得
（2）中间坝段。对于中间均质土坝段，上游面的水深为h，下游面的水深为a0+H2，所以中间坝段的渗流水头为h-（a0+H2），中间坝段的平均渗流坡降为J=[h-（a0+H2）]/L，渗流面积为A=[h+（a0+H2）]/2，因此通过中间坝段的单宽渗流量为
式中：L为图21.1中O点至水面逸出点C之间的水平距离；k为均值坝体的渗透系数。
由图21.1可以看出，L=L'-m1h-m2（a0+H2），代入式（21.8）得
式中：m2为下游坝坡系数；H2为下游水深；a0为逸出高度；L'为上游土坝的坝脚至下游坝脚的距离。
（3）下游三角形楔体段。下游三角形楔体段的渗流计算和均质土坝相同，即
如果采用图21.1所示的坐标系，即自由水面线的纵坐标z设在自由水面线与斜墙下游坡相交点F的垂直线上，横坐标x轴设在坝基面上，则坝身浸润线方程为(https://www.daowen.com)
如果已知斜墙的渗透系数k0和均值坝体的渗透系数k，坝的体型参数m1、m2、L'，渗径
、坝的上游水深H1和下游水深H2，则可以联立式（21.7）、式（21.9）和式（21.10），求得h、a0和q，然后由式（21.11）求坝体的浸润线。
2.分段法[2]
分段法仍将变厚度的斜墙化为等厚度的斜墙，等厚度的斜墙平均厚度由式（21.1）计算，等厚度斜墙如图21.2所示。以图21.2中的断面1—1为界，断面1—1的左侧部分作为一段，断面1—1的右侧部分作为另外的计算段。
图21.2 分段法计算斜墙坝渗流示意图
在断面1—1左侧的渗透水流应包括两部分，第一部分是浸润线与斜墙交点F以上的部分，这一部分渗流是通过浸润线F以上的斜墙而渗入坝体的水，当水经过斜墙以后，斜墙后面的均质土坝的渗透系数k远大于斜墙的渗透系数k0，水在均质土坝中渗透较快，液体不能完全充满该部分土体，所以该区为非饱和渗透区，一般认为该区液体迅速沿铅直方向下渗。第二部分是浸润线与斜墙交点F以下的部分，该部分水流从浸润线F以下的斜墙段渗出后，和上段斜墙沿铅直方向下渗的液体共同经过断面1—1，组成经过坝体的全部渗流量。
设经过上段斜墙渗出的单宽渗流量为q1，下段斜墙渗出的单宽渗流量为q2，则经过斜墙渗出的全部单宽渗流量为q=q1+q2。
如图21.2所示，在浸润线F点以上的上段斜墙内任意取一渗透水头为z的微小流束dη，由图21.2可以看出，dη=dz/sinα，根据裘布衣公式，通过该微小流束的单宽渗流量为
对式（21.12）从δcosα到H1-h积分得
对于浸润线F点以下的斜墙段，同样可以取一微小流束dη，因在下段斜墙内任何微小流束上所作用的渗透水头为常数（H1-h），故通过微小流束dη的单宽渗流量为
因为坝体的渗透系数k与斜墙的渗透系数k0不同，而下段斜墙渗出的单宽渗流量q2必须通过坝体渗流后而到达断面1—1，故需将斜墙由原来的平均厚度
放大到厚度δ'，放大后的斜墙材料与均质土坝的材料相同，渗透系数也等于均质土坝的渗透系数k，同时也将微小流束厚度dη换算成dz，则得用δ'和dz表示的微小流束的单宽渗流量为
联立式（21.14）和式（21.15）得
如果从上游坝坡至断面1—1取一微小流束，令其渗透系数均为k，则该微小流束的当量长度为δ'+m1z，z为微小流束至上游水面的垂直距离，该微小流束的渗透水头为H1-h1，h1为断面1—1处的水深，如图21.2所示。于是得
对式（12.17）从H1-h1-δcosα到H1-δcosα积分得
则通过斜墙到达断面1—1的总单宽渗流量为
如果近似地取h=h1，并注意δ=k0δ'/（ksinα），代入式（21.19）得
由式（21.20）还不能求出单宽渗透流量q，还必须与断面1—1以右的下游段联合求解。对于断面1—1以后的中间坝段，单宽渗流量由式（21.9）可得
式中：LOG为断面1—1距渗流溢出断面CG的水平距离。
对于中间坝段下游的楔形体，单宽渗流量由式（21.10）计算。
联立式（21.20）、式（21.21）和式（21.10），可以求解3个未知数h1、a0和q。
对于断面1—1以下的浸润线，由式（21.11）计算，计算时注意用h1代替h。