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1、第一章 土石坝工程概况1.1 工程流域概述该江位于我国西南地区，该江从东南向西北流向，全长约为 122 公里，该流域面积2558 平方公里，在坝址以上流域面积约为 780 平方公里。本流域大多部分为山岭地带，山脉山丘和盆地交错于其间，地形变化多端，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，汛期河流的含沙量较大，流速快。全区农田面积仅占总面积的 20，林木面积约占全区的 30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖，冲积层较厚，土多，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，纵横交错，交通不便，故居民较少。1.2 工程地质资料1.2.1 坝址地质资料 该坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不
2、太大，两岸高山耸立，纵横交错构成高山深谷的地貌特征，汛期河流的含沙量较大，流速快，冲积层较厚，土多，两岸有崩塌现象，适合用土石坝。1.2.2 地震资料本地区地震烈度定为 7 度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取 0.65。1.3 当地气候特征1.3.1 气温情况 该地年平均气温约为 12.8 度，最高气温为 30.5 度，平均发生在 7-8 月，最低气温为-5.3 度，平均发生在 1-2 月份。表 1-1 月平均气温统计表（度）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平 均4.8 8.3 11.2 14.8 16.3 18.0 18.8 18.3 16.0 12.4 8.6 5.9
3、 12.8表 1-5 平均温度日数月份 日数平均温度11 2 31 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.125.026.830.7 30 31 30 31 31 30 31 3027.9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01.3.2 降水量情况 该地最大年降水量可达 1213 毫米，最小为 617 毫米，多年平均降水量为 905 毫米。表 1-2 各月降雨日数统计表日数 月份 平均降雨量1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1230mm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01.3.3 风力和风向 通常
4、 1-4 月风力较大，实测最大风速为 19.1 m/s，相当于 8 级风力，风向为西北偏西。水库平均吹程为 15 公里。实测多年平均风速 14m/s。1.4 当地水文特征该江水量的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊，河流调节径流。根据实测水文气象资料研究研讨，通常是每年五月底六月初河水开始上涨，汛期开始后，到十月以后洪水开始逐渐下降，导致枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形式陡涨猛落，迅速而快，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为 700 秒立米，而最小流量为 0.5 秒立米。1.4.1 日常径流资料 坝址附近水文站有实测资料 8 年，参考临近测站水文记录延长后有 22 年水文系列，
5、多年年平均流量为 17 秒立米。1.4.2 洪峰流量资料 经过频率的分析，可以求得不同频率的洪峰流量如下表 1-7，1-8 所示，山区洪水的特性是暴涨暴落，迅速飞快的。表 1-3 不同频率洪峰流量（秒立米）频率 0.05 1 2 5 10流量 2520 1880 1420 1180 1040表 1-4 各月不同频率洪峰流量（秒立米）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28 372 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 335 23 14 9 11 42
6、0 850 1100 830 480 250 16 2810 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 231.4.3 固体径流资料 该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达 0.5 公斤立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算 30 年后坝前淤积高程为2765 米。1.5 建筑材料物理力学性质1.5.1 物理力学性质概述（1）土料：（见表 1-5，表 1-6）（2）石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。表 1-5物 理 性 质 力学性质 化学性稠度 颗粒级配（成分%，粒径
7、d） 击实 剪力自然容重 砂砾粗中 细 粉粘土湿 干料场名称自然含水量% KN/m3比重孔隙率%孔隙比流限%塑限%塑性指数饱和度2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm0.5 为LH深水波， 计算采用公式 4-6；(4) 计算公式采用式 4-14-6；(5) “-”代表没有此数。坝顶高程 2826.85 2826.09 2824.12坝顶高程应取 3 种结果中的最大值，因此以坝顶高程为 2826.85 为坝顶高程，取坝顶高程为 2828m，坝高为 63m（2828-2765=63） 。4.3 坝顶宽度坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防汛等要求，无特殊要求高坝最小顶
8、宽为 10-15m，中低坝为 5-10m，属于中坝，取 10m。4.4 坝坡土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、荷载、坝基性质等因素。边坡选择一般须从以下几方面考虑。（1）上游坡应比下游坡为缓，取上游平均坡比 1：3，下游坡比 1：2.7（2）坝坡应上陡下缓，自上至下逐级放缓，每隔 10-30m 变坡一次，相邻坡率差为 0.25-0.5。取上游 30m 以上上游坡比 1：2.8，下游坡比 1：2.6，30m 以下上游坡比 1：3.2，下游坡比 1：2.8。此坝为碾压土石坝，中坝，坝壳为砂石料，坝坡平均坡度为 1:2.7；土石坝在变坡处设置马道，其宽度常取 1.52.0m，已拦截应排除雨
9、水，防止严重冲刷坝面，并兼做交通、检修、观察之用，也有利于坝坡稳定。取马道宽度 1.5m。具体尺寸见图 4-1 黏土斜心墙土石坝剖面图。4.5 防渗体型式4.5.1 坝体防渗坝的防渗体不仅需要满足将渗透坡降，下游坝体浸润线以及渗流量减低到允许范围内，还应该要满足结构及施工的要求。防渗体的尺寸不仅要以满足构造、施工及防渗开裂等要求为原则，也应要满足稳定要求。坝防渗体有土质防渗体及人工防渗体。土质心墙防渗体底部的厚度，决定涂料的允许渗透坡降。心墙顶面必须设砂砾保护层，其厚度应不小于当地冰冻与干燥程度，心墙与地基岸坡必须进行有效的结合，防止结合面漏水以及产生严重渗流。心墙与岸坡结合须加大心墙剖面。土
10、质斜墙底部的厚度应满足渗透坡降的要求，为了防止斜墙断裂，其厚度通常比按渗透稳定演算确定的数值要大。斜墙上游应设置保护层用来防止冰冻和机械破坏。保护层材料可为砂砾，卵石，块石，其厚度应不小于当地冰冻及干燥程度。保护层应分层碾压填实，达到坝体同样标准，其外坡坡度需按稳定计算确定，使保护层不至于沿斜墙面或连同斜墙一起滑动。铺盖一般由粘土或壤土做成，要求地基与铺盖土料渗透系数一般在 1000 以上。铺盖铺成不等厚的，从上游向下游逐渐加厚。填筑铺盖前必须清基，在砂卵石地基上设置过渡层，以防渗透破坏，顶面应设保护层。斜心墙介于心墙与斜墙之间，心墙稍向上游倾斜，斜心墙为了克服心墙坝可能产生的拱效应和斜墙对变
11、形的敏感而发展起来的，它很适合于中土石坝。综上所述，选取粘土斜心墙，参考以往工程，斜心墙顶取 5 米（满足机械化施工要求），上游坡率 m0.6，下游坡率 m20.2，斜心墙顶高程以设计水位加 0.6超高并高于校核洪水为原则，最后高程取 2824m。4.5.2 坝基防渗 根据坝基处的地质条件确定坝基防渗的处理方案。主要处理方法有混凝土防渗墙、黏土截水槽、灌浆帷幕和铺盖。此坝址处属于岩石地基，坝址区地层以玄武岩为主，但有 20m 左右的冲积层。截水槽适用于冲积层为 1015m 厚度的地基。混凝土防渗墙方案，材料省、工期短、防渗效果好，对于透水层较深的坝基是比较合适的，最后决定采用这种方案。防渗墙要
12、伸入河床冲积层，底部要嵌入基岩，深度不小于 0.5-1m，取 1m。上部则要与心墙连接，插入防渗体 0.1 倍的坝高，设计为 7m。防渗墙厚度根据防渗、强度。材料与施工条件确定。按施工条件，墙厚一般在0.6-1.3 之间，一般为 0.8m。混凝土标号一般采用 C8-C15，防渗标号为 S6-S8 允许水力坡降一般为 80-100。高坝采用高强度混凝土，在此采用 C10 号混凝土，防渗标号为 S6，其对应渗流系数为 0.491 sm/104.6 排水体型式常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。贴坡排水结构简单，用料少，便于维修，但不能降低浸润线，且易因冰冻失效，适用于浸润
13、线较低的中等高度坝和下游无水的中小型工程的均质坝。棱体排水可降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨，保护坡脚免受尾水淘刷，且对坝坡有支撑作用，增加坝坡的稳定性，是一种可靠有效，应用广泛的排水型式。褥垫排水对地基不均匀沉陷的适应性差，易断裂，维修困难，所以单独采用这种型式的不多。所以选择用棱体排水，此坝体下游水位最高水位为 2773m，下游最大水深为8m，棱体顶部高程需高出下游水位 1.0-2.0m，取 2m，棱体顶宽度不小于 1m，取2m，棱体内坡由施工条件确定，一般为 1:11:1.5,取 1:1；外坡可取 1：2.7。4.7 粘土斜心墙土石坝剖面图4-1 土石坝剖面图（单位 m）第五章 土石坝渗流计
14、算5.1 概述（一） 土石坝渗流分析任务渗流计算的任务是：以确定坝体和坝基的渗流量为基础，来确定坝坡逸出段，判断其渗透稳定性。渗流计算应包括以下内容：（1）确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；（2）确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力；（3）确定坝体与坝基的渗流量；（4）确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降以及不同土层之间的渗透比降；（5）确定坝肩的等势线渗流量和渗透比降。5.2 土石料的选择（1）就近取材并且开采运输方便，筑坝材料以靠近坝为宜，但从坝身考虑，一般距坝脚为 300-500m 范围内的土石料不容许开采。（2）土石料的种类，性质
15、应满足坝体各部位的不同要求，压实经济合理，总价低。 （3）可用土石料的储蓄，在初步设计阶段不得小于工程设计需要量的 2-3倍。5.3 土石料的要求适用于填筑防渗体的土料应满足：1、应具有一定的不透水性，土料渗透系数一般小于 1 。2、应有一定的可塑性，黏料（粒径） d0.005mm，scm/05含量为 15%-30%，或塑性指数=10-17 的中，重壤土及黏粒含量为 30%-40%，或=17-20 的黏土填筑，防渗体较适宜，为满足以上要求选 3#下粒区的土料=14，黏料 d0.005mm 的含量为 19.6%，渗透系数为 3 。scm/106坝壳沙砾料选 4#上的沙砾料，渗透系数为 2 。25
16、.4 渗流分析工况（1）上游正常蓄水位与下游相应最低水位，这时，坝内渗流的坡降最大，易产生渗透变形。（2）上游设计洪水位与下游相应最高水位，这时，坝内浸润线高，渗流量大。（3）上游校核洪水位与下游相应最高水位，这时，坝内浸润线高，渗流量大。5.5 水力学（一）基本假定：1 坝体土料为均质坝体内任意一点在各方向上的渗透系数 k相同，且为常数。2 渗流为二元稳定层流，渗流运动符合达西定律：v=kJ（v 为渗透流速，k 为渗透系数，J 为渗透坡降） 。3 渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和流速相同。（二）基本公式：选择用水力学方法解土石坝渗流问题，依据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定律法近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降相等。计算简图 5-1，5-2，坝体剖面计算图。透水地基上筑有混凝土防渗墙。渗流计算分为防渗体段和墙后段两部分。通过防渗体渗
