《第5章 土石坝》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章 土石坝（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浙江水利水电专科学校 水利工程系第五章 土石坝一、学习要求 1掌握土石坝的类型及其构造特点，土石料设计的基本原则和方法、土石坝的渗流和渗透稳定分析，坝坡抗滑稳定，分析以及坝基处理等方面的基本知识。2了解现代钢筋混凝土面板堆石坝的构造及其设计理论和方法。二、学习重点1土石坝的渗流及渗透变形计算。2抗滑稳定分析方法。 第一讲 概述和土石坝剖面基本尺寸第二讲 土石坝的渗流分析第三讲 土石坝的稳定分析第四讲 土石坝的土料选择和填土标准的确定土石坝的构造第五讲 土石坝的地基处理第一讲教学内容：土石坝的工作特点、一般要求、类型、坝高、坝坡的确定教学重点：坝高、类型51概述土石坝是土坝与堆石坝的总称。土石坝
2、历史悠久，国内外广泛采用。目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石坝，坝高335m。我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高154m，在建的水布垭面板堆石坝高达233m。在本世纪，我国将发展更高的土石坝。一、 土石坝的工作特点：1坝体、坝基的透水性2土石坝的局部失稳定破坏形式3抗冲性能差4坝体沉陷量大二、 土石坝的一般要求水流不得漫顶；满足渗透稳定、抗滑稳定要求；坝基稳定可靠；避免产生有害裂缝； 能抵抗其他自然现象的破坏作用（1）不允许水流漫顶由于规划设计时对洪水估计偏低，致使溢洪道行洪断面偏小；或因坝顶高程不足，或水库控制运用不当等原因，都可导致坝顶漫水直至溃坝的严重事故。（2）不发生危害
3、性渗透变形水库蓄水后不仅在坝身和坝基内产生渗流，而且库水还会绕过坝端经两岸渗向下游，形成绕坝渗流。渗透水流不但损失水量，更重要的是在渗流逸出处可能将土料中的细颗粒带走或局部主体被冲动，导致坝身、坝基产生危害性的渗透变形，甚至引起溃坝。 （3）坝身和坝基应稳定可靠由于设计不当或施工质量不良，在外力作用下，可能造成坝坡或连同坝基的坍滑破坏。国内外土石坝破坏事故中约有互4是由滑坡造成的。（4）避免产生有害的裂缝由于受坝址地形、筑坝材料性质。坝基不均匀沉陷、施工质量以及地震荷载等因素的影响，坝身可能产生不均匀沉陷，一旦形成大的裂缝，就会危及坝身安全。（5）能抵抗其他自然现象的破坏作用库区风浪在水位变化
4、范围内可能淘刷上游坝被；雨水沿坡面流动可能冲毁坝坡；冰冻可能破坏坝坡；坝身粘性土料，冬季由干冻胀可能产生裂缝，夏季由于日晒又会龟裂，等等。 三、 土石坝的种类（1） 按筑坝材料分类土石坝可分为土坝、土石混合坝和堆石坝。当坝体绝大部分由土料筑成时称为土坝；绝大部分由石料筑成时称为堆石坝；由土石混合堆筑时称为土石混合坝。（2） 根据筑坝施工方法可分为碾压式上石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填坝等。其中应用最广的是碾压式上石坝。（3） 按照土料在坝身内的配置和防渗体的材料， 1）均质坝。坝身的绝大部分由一种主料筑成，整个剖面起防渗和稳定作用。2）粘土心墙和斜墙坝。用透水性较好的砂石料作坝壳
5、，以防渗性较好的土质做防渗体，设在坝中央或稍向上游倾斜的防渗墙坝称为心墙坝或斜心墙坝；设在靠近上游面的防渗墙坝称为斜墙坝。3）人工材料心墙或斜墙坝。防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料制成，其余部分用土石料构成的坝称为人工材料心墙或斜墙坝。4）多种土质坝。坝身主要部分由几种不同的土料所构成的坝称为多种土质坝。5）土石混合坝。将多种土质坝的某些部位以石料代替，即成为土石混合坝。为改善坝身应力状态，避免裂缝，近代修建的高土石坝常将心墙略向上游倾斜做成斜心墙土石混合坝。（4） 按坝高分类 低坝、中坝和高坝高度在（30-70M）的土石坝为中坝四、 坝型举例： 1.天生桥一级面板堆石坝；坝高17
6、8m，装机120万kw；2.黄河小浪底水利枢纽：粘土斜心墙坝；坝高154m；装机180万kw；小浪底水利枢纽工程由拦河大坝、泄洪排沙系统和引水发电系统三部分组成。拦河大坝为壤土斜心墙堆石坝，最大坝高154米，坝顶长1667米，坝顶宽15米，最大坝底宽864米，坝体总填筑量5185万立方米。位于壤土斜心墙底部的混凝土防渗墙宽1.2米，最深处80米，是国内最深最厚的防渗墙。3浙江珊溪水利枢纽工程位于浙江省温州市境内的飞云江干流中游河段，由珊溪水库工程和赵山渡引水工程组成。珊溪水库坝址控制流域面积l529km2，占全流域面积3252km2的47%。坝址多年平均年径流量18亿m3。总库容l8.04亿m
7、3，电站装机容量20万kW，多年平均年发电量3.55亿kW-h。珊溪水库工程主要建筑物有大坝、开敞式溢洪道、泄洪洞、引水隧洞和发电厂房等。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程156.8m，坝顶长度448m，最大坝高130.8m；开敞式溢洪道设在左岸山坡，溢洪闸5孔，每孔净宽l2m；泄洪洞位于左岸，洞长308m，城门洞型；在岸设有2条引水隧洞，洞径7m，洞长分别为354m和374m；发电厂房面积89.8mX21.6m。装设4台5万kW水轮发电机组。工程建成后，年可供水量l3-4亿m3,200l年引用水量7.3亿m3，将满足温州近期远景用水之需。可新增和改善灌溉面积6.7万hm2。使飞云江中下游沿岸农
8、田和村庄的防洪标准提高到l0年一遇。防洪保护农田1.2万hm2。保护人口25万。为温州电网提供调峰电力22万kW。工程建成后还有明显的环境效益，可使供水区河网水质由V类提高到III类。4我国80年代到2000年修建的100m以上高坝有30座，70100m的有6座。坝型的分布如下：坝型重力坝与宽缝重力坝拱坝和重力拱坝土石坝和面板堆石坝支墩坝75米以上高坝数量11915136占总数比重30.625.041.72.71005近年浙江省土石坝建设情况水电站名称所在河流建设地点控制流域面积（平方千米）多年平均流量（秒立米）坝 型最大坝高（米）珊溪飞龙江文成325259面板堆石坝130.8滩坑三插溪鸥江小
9、溪青田3330121混凝土面板堆石坝161飞云江三插溪泰顺26811钢筋混凝土面坝堆石坝88.8百丈际一级飞云江泗溪文成893粘土心墙土坝35.5百丈际二级飞云江泗溪文成944硬壳坝20.1白溪254面板堆石坝124452土石坝剖面基本尺寸土石坝四部分组成,即坝壳、防渗体、排水设备和护坡。坝壳是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它来维持；防渗体的作用是降低浸润线，防止渗透破坏坝体和减少渗流量；排水设备的主要作用是要全地排除渗漏水，增加坝体和下游坝坡的稳定性，降低扬压力；而护坡的作用则是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏一、 土石坝的坝顶高程坝顶高程根据正常洪水位和校核洪水位时的静水位
10、加坝顶超高予以确定。地震区的土石坝，坝顶高程应在正常运行情况的超高上附加地震涌浪高度。设计的坝顶高程是针对坝体沉降稳定以后情况而言的。式中 坝顶超高，m； 最大波浪在坝坡上的爬高，m； 安全加高，m，按表5-1采用； 最大风雍水面高度，m。重点理解与重力坝的不同：1. 重力坝：2. 重力坝直接加上波高hl的值，此处是加上了波浪爬高ha。3. 重力坝加上波浪中心线到静水为高度hz，此处加上的称为风壅高度e。二、 坝顶宽度如无特殊要求，对于高坝，坝顶宽度可选用1015m，对于中、低坝，可选用510m。三、 坝坡土石坝坝坡一般在坝顶附近的坝坡宜陡些，向下逐级变坡，每级高度约1520m，相邻坡率差不宜
11、大于0.250.50。常用的坝坡一般取1:2.01:4.0。 石坝坝坡的一般规律：1 上游坝坡长期浸水，水库水位又有可能迅速下降，所以当上下游边坡用同种土料填筑时，上游坝坡常比下游坝坡为缓。2 土质斜墙坝的上游坡比心墙坝缓，而下游坡可比心墙坝为陡。碾压式堆石坝的坝坡比土坝陡。对于斜墙堆石坝，其下游坝坡可用堆石的自然坡，一般为1:1.31:1.4,上游坝坡则由斜墙的稳定而定，一般1:21:3。对于心墙坝则上下游坝坡均用1:1.51:2。3 砂壤土、壤土的均质坝坡比砂或砂砾组成的坝坡要缓些。4 粘性土料坝的坝坡与坝高有关，坝高越大则坝坡越缓；而砂或砂砾料坝体的坝坡与坝高关系甚微。5通常用粘性土料筑
12、的土坝作成几级，从上而下逐级变缓坝坡，相邻坡率差值为0.250.5。砂或砂砾料坝体可不变坡，但一般也常采用变坡形式。例如密云水库白河 主坝为斜墙土坝，由坝顶到坝基，上游坝坡分别1:2.65, 1:3, 1:3.25, 下游坝坡为1:2.2, 1:2.5。 土石坝的坝坡初选一般参照已有工程的实践经验拟定。中、低高度的均质坝其平均坡度约为 ：碾压式土石坝下游坝坡沿高程每隔1030m设置一条马道，其宽度不小于1.52.0m ,马道作用：拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通、检修、观测之用。马道还有利于坝坡稳定。返回目录 第二讲 土石坝的渗流分析 教学内容：土石坝渗流计算原理，各类坝型的渗流计算、渗
13、透变形类型、判别、防止措施教学重点：渗流计算、渗透变形类型53土石坝的渗流计算一、 概述（一） 渗流计算的任务1、 计算渗流量2、 浸润线的绘制3、 核算是否会发生渗透变形（二） 渗流计算方法二、 水力学法（一） 基本假定1、 土料均匀、各向同性2、 渗流为层流，符合达西定律3、 渗流为渐变流（二） 渗流的基本公式（三） 不透水地基上的均质坝1不透水地基均质坝的渗流计算严格地讲，绝对不透水的坝基是不存在的。当坝基渗透系数小于坝体渗透系数的百分之一时，视坝基为相对不透水地基。计算时一般取单位坝长作为分析对象。（1）下游无排水（贴坡排水）设施情况对上游坝坡，斜面入流的渗流分析要比垂直面入流复杂得多
14、。而电模拟试验结果证明，虚拟适宜位置的垂直面代替上游坝坡斜面进行渗流分析，其计算精度误差不大。为简化计算，在实际分析中，常以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形（图5-4(a)），虚拟矩形宽度按式（5-5）计算 （5-5）式中 上游坝面坡度系数，变坡时取平均值；图5-3 不透水地基上均质坝的渗流计算上游水深。无排水设施均质坝渗流分析的思路是以渗流逸出点为界把坝体分为上、下游两部分，分别列出各部分的流量表达式，并根据流量连续性原理，即可求出相应的未知量。1）上游段分析（图5-3(a)）根据达西定律，通过浸润线以下任何单宽垂直剖面的渗流量q为 （5-7）2）下游段分析，以下游水面为界把下游段三角形坝体分为水上、水下两部分计算。为简化起见，采用新的坐标系如图5-3(b)所示。 （5-8）联解就可求出未知量和3）讨论分析当下游无水时，把代入上式得 （5 - 8） 即不透水地基均质坝的渗流计算，当下游无排水设施且时，可由式（5-7）和（ 5 - 8） 联解求出和，浸润线仍按式（5-6）计算。由两段法计算的浸润线，在渗流进口段应作适当修正，浸润线起点应与坝面点正交，末点与原浸润线相切，中间修改成曲线，如图5-4所示。（2）下游有褥垫式
