土石坝的特点Word文档下载推荐.docx
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１、碾压式土石坝
（1）.均质坝，多种土质坝，多用于低坝
（2）.分区坝
a.心墙坝（斜心墙坝）
b.斜墙坝墙坝
c.人工材料防渗面板坝和心墙坝
如：
堆石坝（钢筋砼面板堆石坝）
２、水力冲填坝
３、水中填土筑坝
４、定向爆破筑坝
三、土石坝的发展状况
随着施工技术的发展，土石坝变的比较经济，比重有提高的趋势。
1.我国坝高15m以上的土石坝已建2万座以上，超过百米的有座，在建的小浪底151m，拟建的龙门220m，龙滩240m。
2.我省已建土石坝库容10万方以上的有2000多座，已建的龙岩万安和将建的穆阳溪梯级均为百米级的砼面板堆石坝。
3.世界上六十年代后建的百米以上的高坝中，土石坝约占60％以上。
最高的土石坝为俄罗斯的罗贡坝，坝高325m。
加拿大和美国为北水南调拟建的堆石坝高度达464m和476m。
四、我国土石坝的常用设计指标
设计干容重：
粘性土料1.6～1.65（10KN/m3）（大中型1.7～1.8）。
砂砾料1.7～2.11.8～2.1
粘性土料施工含水量17～23％（大中型16～20）；
坝体湿填筑容重1.9～2.1（10KN/立方米），（天然土的湿容重约为1.5～2）。
课题：
第二节土石坝的剖面尺寸与构造
掌握土石坝剖面尺寸拟定的方法和其构造的种类及其尺寸的确定。
土石坝的坝顶高程的确定，防渗体和排水体的种类、适用条件及构造尺寸的确定。
堆石坝、马道、风雍水面高度、波浪爬高、贴坡排水、堆石棱体排水、褥垫排水、管式排水、综合排水。
上节课介绍了土石坝的特点和类型。
本节介绍土石坝的剖面尺寸拟定的方法和其构造的种类及其尺寸的确定。
一、剖面尺寸
（一）坝顶高程
坝顶在正常和非常情况
静水位以上的超高Δh=h1+e+A
[通常中小型土坝的坝顶高程=校核洪水位+（1～2m）]
h1～波浪爬高h1=3.3k（2h）tgθ其中2h为波浪高
2h=0.0166V1.25D1/3（1～6）
K～坝坡护面粗糙糸数块石K=0.77砼K=0.9～1.0
θ～迎水面坡度
此法计算的波浪爬高简便，可用于初设；
更准确的方法见教材。
e～波浪中心线超出静水位的高度
e=0.036V2D×
cosα/H
α～风向与坝轴线的法向夹角
D～吹程（公里）
H～坝前水深（米）
A～安全加高（米），见表3-3
（二）坝顶宽度
B≥5m；
（有交通要求时按交通要求）
B≥H/10（100m高以下的坝）
B≥√H（100m高以上的坝）
（三）坝坡
1.碾压式土坝砂壤土质平均坝坡约为1:
2～1:
4，面板堆石坝多采用堆石体的自然边坡1:
1.3～1.4，粘土心墙堆石坝上下游坡1:
1.5～2，粘土斜墙堆石坝下游坡1:
1.3～1.4，上游坡由斜墙稳定确定，常用1:
2～3。
2.中小型均质土坝的经验坝坡
坝高H（米）上游坝坡下游坝坡
<
101:
2～2.51:
1.5～210～201:
2.25～2.751:
2～2.5
20～302.5～32.25～2.7530～403～3.52.5～3
3.坝坡的特点
1].同种土质的坝，上游坡缓于下游坡；
均质坝的上下游坡比心墙坝缓；
土质斜墙坝上游坡比心墙坝缓，下游坡比心墙坝陡些。
2].均质坝坝越高，坝坡越缓；
但堆石坝（或砂砾料坝体）的边坡随坝的增高基本不变。
3].地基软弱时，坝坡应缓些，地基坚硬时可陡些。
4].均质坝沿高度方向每10～15m变坡一次，坡度下缓上陡，相邻坡率相差0.25～0.5，变坡处（尤其下游坡）设马道（宽1.5～2m）。
5].各种堆石坝的坝坡
坝型上游坡比下游坡比
钢筋砼面板堆石坝1.2～1.31.3～1.4
粘土心墙堆石坝1.5～2.51.3～2
斜墙堆石坝2～31.3～2
附：
波浪沿坝坡的总爬高（h1+e）
迎水坡风级库面吹程（公里）
（风速m/S）[0.40.81.21.6]
1:
1.5820.71.151.451.71.85
1028.41.702.202.452.70
2820.70.851.101.251.40
1028.41.301.651.852.05
2.580.700.901.001.10
101.051.301.501.65
二、土石坝的构造
（一）坝顶构造见图3～6
防浪墙高1.2m护面（碎石路面）
（二）防渗体（粘土心墙，斜墙）
顶厚大于1.5～2m，底厚大于H/[J]，且不小于3m。
粘土[J]=6，壤土=4。
边坡n=0.2～0.3（斜墙上下游坡2.5及2，上游保护层厚2～3m）。
心墙顶应超过较核洪水位0.3m，心（斜）墙与坝体之间要设过渡反滤层（厚1～2m），心墙与岸坡结合处可适当放大并压实。
高土坝多采用心墙（或斜心墙）坝。
（三）反滤层
下游排水处，粘土心（斜）墙与坝体之间，一般要设反滤层。
反滤层一般2～3层，总厚度30～50cm；
若是堆石坝，粘土心墙与坝体之间应有1～2m厚的过渡层（按反滤原则：
沿水流方向反滤料颗粒由细到粗），第一层为砂，第二层为较厚的砂砾石混合料。
专门筛选的料造价较高，因此应尽量选用天然砂料作为反滤料。
近年来缺乏反滤料的地方多用土工布代替。
其优点是施工方便，造价低。
（四）排水设备
1.贴坡排水高度一般不小于坝高的1/3，且高出浸润线溢出点及下游水位1m。
2.堆石棱体排水应用较多，小型土坝下游无水时棱体高度约为坝高的1/4左右。
3.褥垫排水厚大于30cm，纵坡0.5～1％。
当坝基为软粘土，要加速地基固结时可考虑采用。
4.复合式排水褥垫+排水棱体贴坡+排水棱体
（五）坝面护坡与坝坡排水
上游坝面多采用干砌石护坡（国外多用堆石护坡）；
下游面可用草皮、碎石、堆石、干砌石护坡。
上下游护坡的造价一般占坝体造价的1/10左右。
单层砌石护坡厚30～40cm，双层40～60cm，砌石下面设15～25cm厚的砂砾石垫层，按反滤原则设计（2～3层）。
石料缺乏的地区可用预制砼或钢筋砼板作为上游护坡。
第三节土坝渗流计算
掌握土石坝渗流计算的任务、方法和防止渗透变形的措施。
土石坝的渗透变形的计算方法。
渗透变形、浸润线、水力学法、流网法、等势线、管涌、流土、接触冲刷、接触流土。
上节课介绍了土石坝的剖面尺寸拟定的方法和其构造的种类及其尺寸的确定。
本节介绍土石坝的土石坝渗流计算的任务、方法和防止渗透变形的措施。
一、概述
1.目的:
确定坝体浸润线的位置，计算渗流量（及渗透坡降）
流网法（作图法，数值分析，模型试验）
2.渗流分析的方法水力学法流体力学法
3.常用简化处理:
化为平面渗流计算～将土坝分为若干段，分别进行渗流计算.
以下介绍渗流分析的水力学法
二、基本假定
1.土料为均匀，各向同性。
2.渗流为层流，即认为渗透水流符合达西定V=KJ。
V～流速K～渗透糸数J～渗透坡降
此假定对多数渗流基本符合。
3.渗流为渐变流，即认为任意铅直过水断上各点的渗透坡降和渗透流速相同。
三、渗流计算的基本公式：
见教材
四、土石坝的渗透变形及其防止措施
（一）渗透变形的产生和分类
１、管涌
定义：
在一定的水力坡降作用下，土体中的细颗粒在空隙中移动并被带出土体以外的现象。
条件：
发生在无粘性土中。
２、流土
在一定的水力坡降作用下，土体从坝身或坝基表面被掀起浮动的现象。
发生在渗流出口无保护的情况。
３、接触冲刷
当渗流沿两种不同的土料的接触面流动时，有时会沿层面带走细颗粒。
粘土和非粘土接触面。
４、接触流土
在层次分明、渗透系数相查悬殊的两层土中，当渗流垂直于层面且具有一定的渗流坡降时，渗透系数小的土层细颗粒进入另一层土中。
（二）防止渗透变形的措施
１、设置防渗设备
２、设置减压设备和盖重
３、设置反虑层：
最有效的措施。
第四节土坝稳定计算（圆弧滑动法）
掌握土石坝坝坡失稳滑裂面的种类和圆弧法稳定计算的原理和方法。
土石坝的圆弧滑动法稳定计算的方法。
曲线滑裂面、直线或折线滑裂面、复合滑裂面、条分法、有效应力、总应力、滑动力矩、抗滑力矩。
上节课介绍了土石坝的土石坝渗流计算的任务、方法和防止渗透变形的措施。
本节介绍土石坝坝坡失稳滑裂面的种类和圆弧法稳定计算的原理和方法。
（一）稳定分析的目的：
分析坝体及坝基在不同工作条件下，可能产生的稳定破坏形式，通过稳定计算校核坝体横剖面的稳定安全度，经过反复修改定出经济剖面。
（二）滑动面的形式
1.曲线滑动面
近似看着上陡下缓的圆弧，多发生在粘性土坡中；
大体位置:
坝基坚硬时多从坝脚滑出，坝基与坝体相近或更软弱时，滑动面常深入坝基从坝脚之外滑出。
2.折线滑动面多发生在非粘性坝坡中
3.复式滑动面地基有软弱层时
（三）土壤抗剪强度指标的选取
土的抗剪强度指标一般用三轴压缩仪测定，对于3、4、5级坝也可用直剪仪测定。
1.施工期的稳定计算
粘土的抗剪强指标用总应力法计算时，采用不固结排水剪总强度指标Q；
用有效应力法计算时C'
和φ'
用不排水有效强度指标Q'
。
2.在运行期稳定渗流或库水位骤降时，可采用饱和固结不排水剪（快剪）总强度指标R（总应力法计算）。
采用有效应力法计算时可用排水慢剪有效强度指标S。
二、稳定计算的主要作用力
1.坝体自重
浸润线以上部份的土体按湿容重计算，浸润线以下一般按浮容重计。
但均质坝水位骤降出露水面的部份应按饱和容重计，下降前浸润线以上部份仍用湿容重，下降后水位以下仍用浮容重。
2.渗透动水压力
作用于单位面积（土体）上的渗透动水压力F=γJ
γ～水的容重，J～渗透坡降
渗压力方向与渗流方向相同
替代法：
计算滑动力（矩）时将下游水位以上浸润线与滑弧之间包围的土体用饱和容重计，而抗滑力矩仍用浮容重计；
浸润线以上仍按湿容重，浸润线以下仍按浮容重计。
3.孔隙水压力u
土体孔隙为水饱和后，其上的荷重初始全部由水承担，当孔隙受压逐渐将水排出时，所加的荷载才逐渐转移到土颗粒骨架上。
土颗粒骨架所承担的应力称为有效应力σ'
，孔隙水承担的应力称为孔隙水压力u，二者之和为总应力σ=σ'
+u由此可知，土体中有了孔隙水压力后，其有效应力必然减少，从而使其抗剪强度降低，对坝的稳定不利。
4.地震力
沿土条高度作用质点i的水平地震惯性力Pi=K×
C×
α×
Wi
C=1/4
Wi～土条（质点）i的重量（浸润线以上用湿重，以下用饱和重）
α=1+0.5h/h。
h。
～坝体剖面的重心
h～计算点在坝基以上的高度
α也可查规范P7表3，地基α=1.0
设计烈度8度以的1、2级坝还应考虑竖向地震力Pv=Pi/3，近似计算时认为方向向上时为最不利。
中小型工程可近似用降低土料内摩擦角的方法来计入地震的影响，当地震烈度为7～8度时，内摩擦角减少2～3度；
烈度为9度减少6度。
三、圆弧滑动法
均质坝，或通过厚心墙斜墙的滑动面近似为圆弧。
基本公式
将滑动体垂直分为若干土条，每一土条视为刚体，求出各土条对滑动中心（圆心）的抗滑力矩和滑动力矩，取其总和，则抗滑稳定安全系数。
总抗滑力矩ΣNi×
fi+ΣCi×
Li
K=--------------= ------------------------i=1，2，...n
总滑动力矩 ΣTi
fi=tgφiNi=Gi×
cosαiTi=Gi×
sinαi
Ni和fi分别为土条i重力Gi在其滑弧面法向和切向的投影。
土条宽bi=R/10，一般取8～12个土条。
Ui～土条i底面的孔隙水压力，φ'
和C'
为土条i底滑动面上的有效抗剪强度指标（排水慢剪指标）。
有效应力指标多用三轴剪力仪测定孔隙水压和有效应力来确定，总应力指标一般用快剪（不排水剪）确定。
中低坝，可用总应力法计算；
高坝用不排水剪指标不符合粘土的排水压实情况，致使剖面设计往往偏大；
有效应力法就是在计算滑动上的抗滑力时，采用有效应力σ'
及相应的抗剪强度指标C'
；
由于有效抗剪指标C'
较稳定，抗剪强度只随有效应力而变化，概念明确。
应当指出，孔隙水压力只是暂时的，不宜为此过份放缓坝坡，而应采取措施加速固结排水，降低孔隙水压力。
四、荷载组合及允许稳定安全系数
1.正常（设计）运行情况
1]水库正常高水位，形成稳定渗流时，下游坝坡稳定计算；
2]正常库水位降落，使上游坝坡产生渗透压力时的稳定计算；
3]库水深约为1/3坝高时，上游坝坡稳定计算.
2.校核（非常）情况
1]库水位骤降时上游坝坡稳定计算（当坝体渗透系数K≤10-3cm/s，库水位下降速度V>
3m/d即大于3.5×
10-3cm/s时）。
一般当K<
0.1V时，就认为是水位骤降，应考虑渗透动水压力对上游坝坡稳定的影响（出露水面的土体由浮重变为饱和重）。
2]施工期或峻工期软基上，坝坡连同地基的稳定计算（考虑施工残余的孔隙水压力）。
3]地震作用下，上下游坝坡稳定性。
第五节筑坝材料的选择与土坝填筑标准
掌握土石坝筑坝材料选择的一般原则及坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。
土石坝的坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。
有机质、水溶盐、可塑性、压实度、设计干容重、相对密度。
上节课介绍了土石坝的坝坡失稳滑裂面的种类和圆弧法稳定计算的原理和方法。
本节介绍土石坝筑坝材料选择的一般原则及坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。
一、土石料选择的一般原则
距坝脚5～10倍坝高范围以内的土料不容许开采，以免危及坝身安全或破坏上游库底的防渗层；
勘探查明的土料应多于设计所需数量的2倍以上。
１、就地就近取材；
２、开采运输方便；
３、压实经济合理；
４、总造价最低。
二、坝体不同部位对土石料的要求
（一）、适合填筑防渗体及均质坝的土料
１、有机质及水溶盐含量在一定范围内
有机质含量〈１％，水溶盐含量〈３％。
２、不透水性好
３、可塑性好
４、变形小
（1）.均质坝
要求土料有一定的抗渗性和抗剪强度，粘粒含量为10～30％，塑性指数7～17的壤土为宜。
要求K小于10-5cm/s
（2）.防渗体
要求它的渗透系数比坝壳小1000倍以上，可用粘粒含量15～30％，塑性指数10～17的壤土；
或粘粒含量为30～40％，塑性指数17～20的粘土；
近年来高坝较普遍采用含砾量在20～50％的含砾粘土。
（二）适用于填筑坝壳的土料
要求：
排水性能好、抗剪强度高、易于压实、抗渗抗震稳定性好。
二、土石坝施工的主要控制指标
1.粘性土料
主要是干容量γd和填筑含水量ω
多数ω=16～22％，
γd=1.6～1.7t/m3（含砾粘土可达2.0）
2.非粘性土料的压实程度一般用相对紧密度Dr表示
Dr表示土的孔隙（体积）的实际减少量与可能减小量的比值，对砂土要Dr大于等于0.7，对砂砾料要求大于0.7（大中型工程0.75），对于坝体堆石料要求Dr大于等于0.8～0.9，堆石料也常用孔隙率n控制压实度，一般要求达到n=25～30％。
三、土料设计参考指标
天然土体的饱和重约为2.0左右，浮重约1.0左右；
按此计算天然土体的自重误差不超过8％。
坝体土料一般湿容重1.9～1.95（t/m3），饱和重2～2.1；
中小型土坝土石料填筑的设计指标为:
干容重含水量w％湿容重摩擦角（度）粘结力
粘土，重壤土1.55～1.6518～241.85～2.116～20200～300
壤土，砂壤土1.6～1.710～181.75～2.019～2850～150
中细砂1.45～1.628～300
砂砾料1.8～2.11.8～2.230～35KN/m2
坝体填土的渗透系数K（cm/s）米/日=864cm/s
粘土10-6～10-8壤土10-5～10-5砂壤土10-4～10-5
砂土10-3～10-4砂10-2～10-3砂砾石10-1～10-2
四、现代大中型土石坝设计指标
（一）粘性土料（心斜墙）
1.干容重1.7～1.8，湿容重1.9～2.0，饱和重2.1～2.2KN/m3
2.渗透系数K（cm/s）试验值10-5～10-7，
设计值10-5
3.凝聚力C（KPa）试验值20～170（0.2～1.7Kg/cm2）
4.内摩擦角φ（度）试验值30～40度设计值取30度
5.土料比重G2.65～2.75
（二）堆石料及反滤料
1.干容重1.8～2.16，湿1.8～2.25，饱和重2.05～2.3410KN/m3
2.渗透系数K1=（10-3）cm/s
3.C=0；
φ=堆石40～45度，砂砾石32～40度；
G=2.45～2.78
五、土石坝施工
1.土料～铺土层厚20～30Cm，用20吨羊足碾8～12遍，或用40～50吨气胎碾，振动碾4～6遍；
若用13吨振动羊足，铺土厚可达0.5m。
2.砂砾料～铺料厚30～40Cm，洒水后用振动碾，重型推土机或气胎碾4～6遍。
3.石料～铺料层厚0.5～2m，洒水量约占填筑体积的30～50％，再用重型振动碾压实8～12次。
第六节土石坝地基处理
掌握土石坝各种地质条件下的地基处理方法。
土石坝的砂砾石地基的防渗处理方法。
粘土截水墙、混凝土防渗墙、防渗铺盖。
上节课介绍了土石坝筑坝材料选择的一般原则及坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。
本节介绍土石坝各种地质条件下的地基处理方法。
中小型土坝清基深度约为0.3～1m左右，对于岸坡或基突出处，应适当挖除，使之平直。
对于凹洼处，应适当垫补。
一、砂砾石地基的处理～上阻下排
1.粘土截水槽
适用于砂砾层深度10～15m以内，个别深达20m；
均质坝粘土截水槽（墙）的位置可设于距坝踵（1/3～1/2）坝底宽处。
截水墙的开挖边坡多用1:
1～1:
2（采用更陡边时要有固壁措施），底宽0.1～0.3H，且不小于2～3m，H为作用水头。
粘土截水槽两侧可根据实际情况设置反滤层或过渡层。
2.砼防渗墙
用冲击钻套打法（孔中注入泥浆固壁，每打完一孔后即在孔中浇筑砼），射水法，高压旋喷等其方法在坝基防渗线上造一道深窄槽，再浇砼。
墙厚一般为0.5～0.8m，适用深度60m以内。
砼防渗墙下部应嵌入基岩0.5m以上，上部应伸入坝体防渗体内一定深度。
常在砼中掺入水泥用量15～30％的粘土，砼标号80～150号。
砼墙水泥用量300KG/m3，塌落度18～20Cm，抗渗S6～S8，允许渗透坡降60～80。
3.帷幕灌浆
适宜深度20～100m孔距:
边排约2.5m，中间排约4～5m，一般3～4排。
排距约2.5～3m，梅花形布孔，先灌边排，后灌中排，多采用粘土水泥浆，水泥含量约占水泥和粘土干料总量的20～50％。
防渗体深小于15m的一般用粘土截水槽，防渗体深大于30m的通常用灌浆.砂砾层漏浆量大，认为不如砼防渗墙可靠。
灌浆前先在浇筑砼板或砼齿墙再进灌浆；
或直接灌浆，完毕后将表层5～7m固结不良好砂砾石土层挖除，再在上面做砼防渗墙或粘土截水槽并与坝身防渗体连接。
4.堤坝防渗新技术
1]射水法建造砼地下防渗墙
2]高压定喷（旋喷）灌浆
3]劈裂灌浆
4]土工膜防渗
（二）防渗铺盖（斜墙坝）
铺盖长为4～6H（H为坝前最大水深），首端厚0.5～1m，末端与斜墙结合处厚1.5～6m；
铺盖应与两岸不透水层紧密连接，与地基之间按反滤层设计（用砂填平），铺盖顶面设保护层。
斜墙下端设截水墙与坝基连接。
（三）排水减压措施
可在坝趾区设排水沟，减压排水井（P179图3-40）。
对坝趾区不透水层较薄，可能流土处，可堆放砂石盖重。
二、软粘土地基处理（详见水闸一章）
主要是加速排水固结。
可采用砂井（孔径D=30～40Cm，孔距6～8D）。
坝趾用中粗砂盖重反压。
三、土坝与岸坡及其他建筑物的连接
1.土坝与坝基接面的处理
坝基面应开挖成倾斜面或折面，不能清理成台阶状。
2.土坝与岸坡的连接
岩石岸坡，坝体为粘性土时，不应陡于1:
0.75；
坝体为砂性土时，不应陡于1:
0.5；
对于较陡的岩石岸坡，应先在岩面上刷粘土或水泥浆。
土质岸坡不应陡于1:
1.5。
3.其他建筑物与土坝的连接可设翼墙和刺墙，结合面不应陡于1:
0.5～1:
1.7。
四、防止土坝裂缝的措施
1.凡岸坡突变处，尤其是接近坝顶的高部位处凹凸不平的坡段，均应削平（或用砼填平），以免坝体产生过大的不均匀沉降。
2.心墙与粗料间应有一个较宽的过渡区，并按反滤原则设计。
3.提高填筑的压实干容重（并能显著提高坝的抗震能力）。
第七节土石坝与坝基、岸坡
及其他建筑物的连接
掌握土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接措施。
接合槽、插入式、翼墙式。
上节课介绍了土石坝各种地质条件下的地基处理方法。
本节介绍土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。
一、土石坝与坝基的连接
（一）清基
将坝体与地基接触范围内的表层腐植土、稀泥、草皮、乱石等清除。
（二）连接措施
１、均质坝
（１）坝体与坝基土体相近，直接填土。
（２）土质不同，设置接合槽。
（３）与岩石连接，设置接合槽或混凝土齿墙。
２、防渗体与基岩的连接：
对岩石表面进行处理后涂刷粘土浆、水泥
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