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1、,项目二 山沟治理工程,分项目一 沟头防护工程,(protection measures of gully head) 黄土区侵蚀沟沟头侵蚀主要是斜坡块体运动，沟头前进主要由串珠状陷穴和陷穴间孔道的塌陷引起，沟谷扩张则由沟坡崩塌、滑塌和泻溜引起。由于黄土入渗力强、多孔疏松、湿陷性大，经暴雨径流冲刷，岸坡稳定性差，沟蚀剧烈。沟头前进速度快，沟坎高差大，沟床下切快，沟谷扩张加剧。,沟头侵蚀的危害： （1）造成大量土壤流失 （2）毁坏农田 （3）切断交通,沟头防护工程是斜坡固定工程的一个组成部分，根据作用可将其分为蓄水式沟头防护工程和排水式沟头防护工程两类。一、蓄水式沟头防护工程 当沟头上部来水较少
2、时，可采用蓄水式沟头防护工程，沿沟边修筑一道或数道水平半圆环形沟埂，拦蓄上游坡面径流，防止径流排入沟道。,（一）沟埂式沟头防护,在沟头以上的山坡上修筑与沟边大致平行的若干道封沟埂，同时在封沟埂上方1.0-1.5米处开挖与封沟埂大致平行的蓄水沟。在设计中要注意封沟埂的位置、封沟埂的高度、蓄水沟的深度、沟埂的长度及道数。 第一道封沟埂与沟顶的距离，等于23倍沟深，至少510米，以免引起沟壁崩塌。各个封沟埂间的距离可用下式计算：LH/IH埂高 I最大地面坡度% L封沟埂的间距1、初步拟定沟埂的尺寸与长度；2、计算蓄水沟的蓄水容积（设计来水量）；3、确定沟埂的尺寸与长度。,封沟埂与蓄水沟断面示意图,连
3、续式拦水沟埂：在完整的坡地上常采用的一种沟头防护工程。它是根据当地的土壤情况、沟壁的高低、沟头的形状,在距沟边一定距离处（取13倍的沟深,以蓄水渗透不致造成沟岸坍塌及陷穴为原则），沿等高线位置采取上挖下垫，挖沟筑埂而成。沟与埂间净距为1m。埂高0.71.0m。沟、埂断面均取梯形。所形成的拦水埂依地形和来水量大小可以是一道，也可分成若干道布设(图1a)。 断续式拦水沟埂：在沟头地形破碎的情况下，沿等高位置修筑的一种不连续的，上下行呈品字形排列的拦水沟埂(图1b)。,（二）埂墙涝池式沟头防护,当汇水面积较大，并有较平缓的地段时，则可开挖涝池群。,二、泄水式沟头防护工程,在下列情况时可修建泄水式沟头
4、防护工程 （1）当沟头集水面积大且来水量多时，沟埂已不能有效拦蓄径流。 （2）受侵蚀的沟头临近村镇，威胁交通，而无条件或不允许采取蓄水式沟头防护时，须把径流集中地点通过泄水建筑物排泄入沟，并设有消能措施。,（一）悬臂跌水式沟头防护,当陡崖高差小，径流量较小的时，可用木板、石板、混凝土板或钢板作成槽状，使水流直接下泄到沟底，不让水流冲刷跌水壁，沟底设消能措施。,当陡崖高差大，径流量小的时候，可采用悬臂喷嘴式跌水（见图）,1、设计排水量计算 Qm0.278Fh F集水区面积 洪峰径流系数 h设计暴雨量 2、结构设计 由进口集水池、喷管、拉链和柳谷坊四部分组成。 3、水力计算,（二）陡坡式沟头防护,
5、一般用于落差较小、地形降落线较长、径流量较大的地点，一般采用陡坡式沟头防护（为减少急流冲刷，可人工增加急流槽的粗糙程度）。 1、设计排水量计算。 2、结构设计：由进口集水池、陡槽、反弧段、挑流鼻坎、支墩和支架等几部分组成 3、水力特性。,（三）台阶式跌水沟头防护,可分为单级式和多级式。单级式用于跌差不大，地形降落集中的地方；多级式多用于跌差较大而地形降落距离较长的地方。h泄水槽水深(m) b泄水槽底宽(m) Q设计洪水流量(m3/s),分项目二 谷 坊,谷坊的概念,谷坊是水土流失地区沟道治理山洪与泥石流的一种主要工程措施。一般布设在小支沟、冲沟或切沟上，以稳定沟床，防止沟床下切、岸坡崩塌和溯源
6、侵蚀为主，坝高35米，拦沙量小于1000方，以截流固床护坡为主。 谷坊是指在山区沟道内为防止沟床冲刷及泥沙灾害而修筑的横向挡拦建筑物。又名防冲坝、沙土坝、闸山沟。,一、谷坊的作用,1、固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床下切。 2、抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张及滑坡。 3、减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减轻山洪或泥石流灾害。 4、逐渐淤平沟道，形成坝阶地，为当地农林生产创造条件。,谷坊的主要作用是防止沟床下切冲刷。沟道内是否修筑谷坊以沟道内是否会发生沟床下切为主。 沟床发生下切与沟床的土壤、地质条件、植被状况、纵坡、山洪流速、流量等关系密切。当洪水流速大于沟道允许最大流速时须修建谷坊。,二、谷
7、坊的种类,（一）根据所用材料可分为 土谷坊 干砌石谷坊 枝梢谷坊 插柳谷坊浆砌石谷坊 竹笼装石谷坊 木料谷坊 混凝土谷坊 钢筋混凝土谷坊 钢料谷坊 （二）根据使用年限可分为永久性谷坊（）和临时性谷坊（） （三）按谷坊的透水性质可分为透水性（）和不透水性谷坊（）。透水性谷坊只起拦沙挂淤作用。,干砌石谷坊,干砌石谷坊,石谷坊,干砌石谷坊,浆砌石谷坊,混凝土谷坊,枝梢谷坊,插柳谷坊,木料谷坊,石笼谷坊,枝条谷坊,钢料谷坊,三、谷坊位置的选择,1、谷口狭窄； 2、沟床基岩外露； 3、上游有宽阔平坦的贮砂场所； 4、在有支流汇合的情形下，应在汇合点的下游修建谷坊； 5、谷坊不能设置在天然跌水的上下游，但
8、可设置在有崩塌危险的山脚下。,判断基岩埋藏深浅的依据,当两岸或沟底的部分基岩外露时，可估计基岩较浅； 两岸及附近的基岩外露，坝址处沟底虽被砂砾覆盖，可估计砂砾层较薄； 沟底有大石堆积，埋深浅；沟底无大石堆积，埋深深； 沟底狭窄，呈“V”字形的地方，砂砾层较厚； 坡度大的沟道上游部分，埋深不大。,四、谷坊设计,（一）谷坊间距的确定 谷坊间距与谷坊高度及淤积泥沙表面的临界不冲坡度有关。 谷坊淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。 稳定坡度的估算： 根据坝后淤积土的土质决定淤积物表面的稳定坡度。 沙土 0.005 粘壤土0.008 粘土0.01 粗沙0.02 根据瓦兰亭公式计算稳定坡度 I00.09
9、3d/H d砂砾的平均砾径 H平均水深,四、谷坊设计,日本学者认为稳定坡度是原有坡度的一半； 修建实验谷坊，淤满后实测稳定坡度。 LH/（I I0 ） L谷坊间距； H谷坊高度； I天然坡度； I0稳定坡度。 L（1.5-2.0）n 在日本 n=1/I L（1.5-2.0）b b沟宽,四、谷坊设计,（二）谷坊贮砂量的计算 V贮砂量 h谷坊溢流口顶缘距地面的高度 B1堆积地的平均宽度 E旧沟床的倾斜角 堆积倾斜角 b贮留泥沙和旧沟床的相交点至谷坊的水平距离,四、谷坊设计,(三)谷坊断面规格 确定谷坊的断面，一要考虑稳固，二要考虑省工，三要考虑发挥作用，四要考虑就地取材，因地制宜。 (四)谷坊的溢
10、流口设计,作 业 题,1、谷坊 稳定坡度 2、简述谷坊的作用。 3、谷坊位置选择时应满足哪些条件？,分项目三 拦砂坝,拦砂坝的定义,拦砂坝是指以拦蓄山洪泥石流沟道中固体物质为主要目的的挡拦建筑物。 一般建在主沟或较大的支沟内，通常坝高大于5米，拦沙量在1000立方100万立方。,一、拦砂坝的作用与坝址选择,拦砂坝一般设置在泥石流沟道形成区或形成区与流通区沟谷内，是泥石流综合治理的骨干工程。 （一）拦砂坝的主要作用 1、拦蓄泥沙，调节沟道内水沙，以免除对下游的危害，便于下游河道整治。 2、提高坝址处的侵蚀基准，减缓坝上游淤积段河床比降，加宽河床，减小流速，从而减小水流侵蚀能力。 3、稳定沟岸崩塌
11、及滑坡，减小泥石流的冲刷及冲击力，防止溯源侵蚀，抵制泥石流发育规模。,一、拦砂坝的作用与坝址选择,1、天然坝址的选择 地质条件：无断裂、无滑坡、崩塌，岸坡稳定性好，沟床有基岩外露，坝基岩石紧密坚硬； 地形条件：坝址处沟谷狭窄，坝上游沟谷开阔，沟床纵坡较缓。 泥沙形成区，沟道断面狭窄处； 泥沙形成区与流过区交接段的狭窄处； 流过区开阔段下游狭窄处； 流过区与支沟汇合处下游狭窄处； 流过区与沉积区连接段的狭窄处。 建筑材料 坝址附近有充足的石料 施工条件 坝址距离公路较近，有充足的水源。,2、拦砂坝的布置原则 与防治工程总体协调布置 能满足拦砂坝本身的设计要求 有较好的综合效益,二、坝型选择,拦砂
12、坝坝型主要根据山洪或泥石流的规模及当地的材料来决定。 （一）按结构分 1、重力坝：依自重在地基上产生的摩擦力抵抗坝后产生的推力和冲击力。优点：结构简单，施工方便，就地取材，耐久性强。缺点：筑坝用料大。 2、切口坝：是重力坝的变形，又称缝隙坝，可拦截大砾石。 3、错体坝：坝肩处有活动滑坡。 4、拱坝：优点：省工省料。缺点：对坝基要求较高，沟谷狭窄，两岸基岩坚固。 5、格栅坝：良好的透水性、良好的选择性、坝下冲刷下、十几年来坝后易于清淤、现场拼装、施工速度快。缺点：强度和刚度小。 6、钢索坝。,重力坝,重力坝,切口坝,拱 坝,格栅坝,二、坝型选择,（二）按建筑材料分： 1、砌石坝：干砌石、浆砌石。
13、 2、混合坝：土石混合坝、木石混合坝。 3、铁丝石笼坝。 4、格栅坝,砌石坝,铁丝石笼坝,格栅坝,三、坝高与拦砂量确定,（一）坝高的确定 1、拦沙效益：坝体愈高，拦沙愈多； 2、工程量和工期：冬春进行，雨季前完完工； 3、坝下消能措施:坝体越高，修建消能设施的费用就越高，可采用节节打坝。 （二）拦砂量计算（P115）,四、拦砂坝的断面设计,（一）断面轮廓尺寸 坝高、坝顶宽度、坝底宽度、上下游边坡系数。 边坡系数：是指边坡的底宽与渠道深度或水深的比值。,（二）坝的稳定与应力计算 重力拦砂坝遭破坏的情况：坝基摩擦力不足以抵抗水平推力，因而发生滑动破坏；在水平推力和坝下渗透压力的作用下，坝体绕下游坝
14、趾的倾覆破坏；坝体强度不足以抵抗相应的应力，发生拉裂或压碎。 1、作用力计算： 坝体重力G： GVdb b单位宽度， 淤积物重量：作用在坝体上游面上的淤积物重量等于淤积体积乘以淤积物容重。 水压力P： Ph2b h坝前水深,泥沙压力P泥： 坝前泥沙压力： P泥cH2tg2(450-/2)b/2H坝前淤积物的高度 淤积物的内摩擦角。7.24（c1）5.82 下游坝基上的泥沙压力为被动土压力， EcH12tg2(450/2)b/2 H1坝基础深度 坝基扬压力： WHBa1b/2 B坝底宽度 H坝高 a1基础接触面积系数取值为1,泥石流冲击力 P冲KVc2sin 泥石流流向与坝轴线的交角 地震力 2
15、、坝体抗滑稳定计算 K 3、坝基应力计算 上游面应力 上 下游面应力 下 e=M/N,（三）溢流口设计 溢流口设计的目的在于确定溢流口尺寸，即溢流口的宽度和高度。其设计步骤如下： 1、确定溢流口形状和两侧边坡：一般为梯形，边坡坡度为1：0.751：1，固体含量多的泥石流沟道，可为弧形。 2、计算坝址处设计洪峰流量Qc(第三节） 3、计算溢流口宽度：选定单宽溢流流量q，估算宽度B。 4、计算过坝溢流深度：用试算法求出过坝溢流深度ho。 5、计算溢流口高度：h=ho+ h， h一般为0.51.0米。,（四）坝下消能与冲刷深度计算 1、坝下消能 （1）子坝（副坝）消能：适用于大中型山洪或泥石流荒溪。
16、一般子坝的坝顶应高出原沟床0.51.0米，以保证子坝回淤线高于主坝基础顶面。子坝与主坝间的距离，可取23倍主坝坝高。 （2）护坦消能：适用于小型沟道。一般用浆砌块石砌筑，长度为23倍的主坝高。厚度用经验公式估算。 2、坝下冲刷深度的计算坝下冲刷深度估算的目的在于合理确定坝基的埋设深度。,作业题,1、简述拦砂坝的布置原则。 2、拦砂坝坝型按结构分有哪几类？各具哪些特点？ 3、如何计算拦砂坝的拦砂量？ 4、已知某拦砂坝坝址处设计洪峰流量为25m3/s，设计溢流口形状为梯形，边坡系数为1：1，拟定溢流口单宽流量为7m3/s，试求该溢流口的过坝溢流深度，并按比例绘制溢流口横断面图（安全超高为0.8m）。,
