茅坪溪土石壩設(shè)計(jì)說明書

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄1設(shè)計(jì)基本資料31.1工程概況31.2水文氣象31.3地形地質(zhì)條件31.4毛坪溪防護(hù)大壩21.4.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)21.4.2 平面布置21.5其它設(shè)計(jì)資料31.5.1 工程特征水位31.5.2 地震烈度31.5.3 筑壩材料的技術(shù)指標(biāo)31.6 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求41.6.1 設(shè)計(jì)目的41.6.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容41.6.3 設(shè)計(jì)成果52 壩址及壩型的選擇52.1 壩址的選擇52.2 壩型選擇53 壩工設(shè)計(jì)73.1 壩頂高程73.2壩頂寬度93.3 壩坡103.4 防滲體設(shè)計(jì)103.5 排水設(shè)備104 滲流計(jì)算114.1 設(shè)計(jì)說明114.1.1 土石壩滲流分析的任務(wù)114.1.2

2、滲流分析的工況114.1.3 滲流分析的方法124.2 滲流計(jì)算124.2.1 基本假定124.2.2 水力學(xué)分析方法124.3總滲流量計(jì)算134.4滲流穩(wěn)定結(jié)果分析174.4.1 正常蓄水位下滲流穩(wěn)定分析174.4.2 校核洪水位下滲流穩(wěn)定分析185 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算195.1設(shè)計(jì)說明195.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)195.1.2 計(jì)算工況205.1.3 計(jì)算方法205.2 .穩(wěn)定計(jì)算205.2.1基本原理與計(jì)算方法205.2.2上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡225.2.3 其他工況的穩(wěn)定計(jì)算275.2.3.2 最危險(xiǎn)滑弧位置的確定275.3 沉降量計(jì)算415.3.1基本假定4

3、15.3.2方法與步驟415.3.3壩基沉降量計(jì)算426. 土石壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及土料的選擇4561壩頂456.2護(hù)坡456.3 排水體476.4壩體與壩基防滲設(shè)計(jì)486.5土石壩土料的選擇486.5.1 壩殼對(duì)土石料要求486.5.2防滲體對(duì)土石料的要求486.5.3 排水設(shè)施和護(hù)坡的結(jié)構(gòu)布置496.5.4 反濾層的結(jié)構(gòu)布置497.地基處及裂縫處理507.1 壩基清理507.2 土石壩的防滲處理507.3 土石壩與壩基的連接507.5裂縫處理508. 工程量計(jì)算528.1 壩基開挖工程量計(jì)算528.2 壩體工程量計(jì)算52參考文獻(xiàn)54謝辭55561設(shè)計(jì)基本資料1.1工程概況茅坪溪防護(hù)工程的緣由：

4、茅坪溪是長江上的小支流，其出口位于三峽大壩上游約1km的右岸。流域面積113.24km2,在茅坪溪防護(hù)壩址以上的流域面積為98.54km。該流域?qū)俚咨角鹆陞^(qū)，流域內(nèi)人口約3.1萬人，耕地3.43畝。茶園1601.4畝，果園11.4畝，直接淹沒人口6561人。淹沒區(qū)內(nèi)有成片的良田，是湖北省秭歸縣重要的產(chǎn)量田區(qū)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)。該縣人多地少，坡多田少，移民難度大。經(jīng)中央部位審定，修建茅坪溪防護(hù)工程。茅坪溪防護(hù)工程包括泄水建筑物（遂洞接涵洞）和防護(hù)壩（瀝青混凝土心墻堆石壩）。本設(shè)計(jì)是針對(duì)防護(hù)大壩。1.2水文氣象長江流域氣候溫暖，雨量豐沛，多年平均降水量1100mm，雨季410月占全年降水的85%。也經(jīng)常

5、發(fā)生洪，澇，旱，冰雹，滑坡，泥石流等自然災(zāi)害。多年平均氣溫是1618。夏季最高超過40，冬季-4，無臺(tái)風(fēng)災(zāi)害，降水集中形成暴風(fēng)雨區(qū)，流域內(nèi)較大日暴風(fēng)雨覆蓋面約3萬15萬。最大達(dá)21.3萬。1.3地形地質(zhì)條件 壩址基巖為前震旦紀(jì)閃云斜長花崗巖。巖體中有巖俘虜體和閃長巖包裹體，以及后期侵入的酸基性巖脈。閃云斜長花崗巖巖性均一，完整，力學(xué)強(qiáng)度高。微風(fēng)化和新鮮巖石的飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)100Mpa,變性模量達(dá)30-40Gpa。壩區(qū)主要有兩種斷裂構(gòu)造，一組走向北北向，另一組走向北被動(dòng)，傾角多在60以上。斷層規(guī)模不大，且膠結(jié)良好。通過壩基規(guī)模較大的斷層有F7及F23，出露在左漫灘上。緩傾角裂隙不甚發(fā)育，僅占裂縫

6、總數(shù)的13%，其中北北東組占緩傾角裂縫總數(shù)的68.5%,傾角東南為主，傾角為1530。花崗巖的風(fēng)化層分為全，強(qiáng)，弱，微4個(gè)風(fēng)化帶。風(fēng)化殼厚度（全，強(qiáng)，弱3個(gè)風(fēng)化帶），以山脊部位最厚，可達(dá)2040米。山坡與一級(jí)階地次之，溝谷，漫灘較薄，主河床中一般無風(fēng)化層或風(fēng)化層厚度很小，平均厚度21.5米。壩基 除 利用微風(fēng)化巖體外，部分弱風(fēng)化下亞帶巖體亦可用作建基巖體?；炷僚c建基巖面間的抗剪（斷）強(qiáng)度，摩擦系數(shù)（F）取值1.01.3。凝聚力（C）為1.21.5Mpa。建基巖體巖石與巖石間的抗剪斷強(qiáng)度，視不同的結(jié)構(gòu)類型的巖體F與C值分別為1.01.7Mpa和1.22.0Mpa。第四紀(jì)松散堆積物主要是河流沖積

7、層，葛洲壩水庫蓄水后，主河槽及后河普遍淤積有原518米的細(xì)沙。壩址水文地質(zhì)條件簡單，微風(fēng)化和新鮮巖體的透水性微弱，有80%以上的壓水試驗(yàn)段的巖體單位透水率小于1Lu，其余試驗(yàn)段主要為弱，中等透水位。壩之區(qū)域地殼穩(wěn)定條件好，不具備發(fā)生強(qiáng)烈地震的背景，為典型的弱震構(gòu)造環(huán)境，基本烈度為度。經(jīng)過多年的勘測(cè)研究，三峽工程壩址地質(zhì)條件甚為優(yōu)越，是一個(gè)難得的好壩址。1.4毛坪溪防護(hù)大壩1.4.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)茅坪溪防護(hù)大壩與三峽大壩共同攔擋三峽庫水，擋水水頭為80米。經(jīng)審定茅坪溪防護(hù)大壩等級(jí)與三峽大壩相同，為一等工程。防護(hù)大壩按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。大壩正常蓄水位為175米。校核水位為180.4米。地震設(shè)計(jì)烈度為7度

8、，均與三峽大壩相同。背水側(cè)茅坪溪設(shè)計(jì)洪水位（20年一遇）106.4米，校核洪水位（100年一遇）為107.3米，非常洪水位（萬年一遇）考慮調(diào)蓄后為114.6米。1.4.2 平面布置茅坪溪防護(hù)大壩位于陳家沖到板橋和韓家嘴之間。壩址處河谷地形較為開闊，河谷走向約為25。壩軸線峪河谷走向交角約65o，自右岸的吳家灣通過茅坪溪與左岸松柏坪以上的山包相接。河谷兩岸不對(duì)稱，右岸山體雄厚，壩肩頭（吳家灣）高程232米，沖溝較發(fā)育。壩軸線斜跨一沖溝，其余段基本沿山梁展開，其平均坡度角約8o，跨溝谷處坡角35o。左岸壩肩山頭（吳家灣）高程192.86米，谷坡基本順直，自讓坡角較陡一般為30o50o局部達(dá)50o。

9、壩軸線基本沿分水嶺脊線布置，地形高程190米200米，最高209.72米（松茅坪）。左壩肩兩側(cè)沖溝對(duì)應(yīng)發(fā)育，在山脊匯合形成鞍部，最低高程184.3米。山體較單薄，高程175米處最小山脊寬40米。在此埡口處設(shè)一副壩，軸線長80米，走向?yàn)闁|南165o。 1.5其它設(shè)計(jì)資料1.5.1 工程特征水位上游正常蓄水位 175.0m相應(yīng)下游水位106.4m防洪限制水位 145.0m枯季消落水位 155.0m1000年一遇洪水水庫水位 157.5m10000年一遇洪水水庫水位 180.4m相應(yīng)下游水位 107.3 1.5.2 地震烈度 場(chǎng)地基本烈度為6度，防護(hù)大壩設(shè)計(jì)烈度為7度。1.5.3 筑壩材料的技術(shù)指標(biāo)

10、 表1.1筑壩材料的技術(shù)指標(biāo)建筑材料名稱比重容重（噸/立方米）孔隙率抗剪強(qiáng)度滲透系數(shù)k(cm/s)摩擦角凝聚力(kg/cm)土料（壤土）2.721.681.982.05=24=250.31×10砂礫料2.681.801.802.10水上36水下345.79×10堆石2.701.801.802.050.3340沙礫料壩基2.681.801.802.10水下351×10-3備注：瀝青混凝土滲透系數(shù)0.5×10-8表 1·2土料顆粒級(jí)配粒徑（mm）<0.2<0.1<0.05<0.03<0.01<0.005<0

11、.00284.575.058.043.526.016.211.0表1·3砂料顆粒級(jí)配粒徑（mm）<5.2<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.1510097.869.443.520.46.21.7 表1·4砂礫料顆粒級(jí)配粒徑<150<80<40<20<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.1510034.56551.334.827.12011.73.01.51.6 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1.6.1 設(shè)計(jì)目的 1、通過設(shè)計(jì)鞏固、加深、擴(kuò)大所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，并達(dá)到進(jìn)一步系

12、統(tǒng)化。 2、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力，能初步掌握設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)方法和步驟。 3、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立工作能力，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)計(jì)算、繪圖、編寫設(shè)計(jì)文件、使用規(guī)范等方面能力的培養(yǎng)。1.6.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、樞紐布置 根據(jù)有關(guān)資料進(jìn)行樞紐布置，闡明樞紐中建筑物的作用、布置原則、布置方案的比較，選擇與確定，本設(shè)計(jì)壩軸線已知。 2、壩工設(shè)計(jì) 包括壩型選擇、剖面設(shè)計(jì)、平面布置、繪出壩體平面圖及壩體中最大剖面圖。 3、根據(jù)地形、地質(zhì)壩型等因素，沿壩軸線選取若干典型剖面，計(jì)算壩體滲流流量，總滲流流量及壩內(nèi)浸潤線。 計(jì)算工況：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位 上游校核水位與下游相應(yīng)最

13、低水位 4、穩(wěn)定計(jì)算 對(duì)壩體最大剖面、典型剖面，折線法驗(yàn)算下列情況的壩坡穩(wěn)定性。 計(jì)算工況：庫水位最不利時(shí)的上游壩坡（折線法） 上游正常蓄水位，下游相應(yīng)最低水位的下游壩坡（圓弧法） 校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時(shí)的下游壩坡（圓弧法） 施工或竣工期的上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算（圓弧法） 5、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及土料的選擇 包括：壩頂、護(hù)坡、防滲體、排水體、馬道、壩面排水溝等。 6、地基處理，及裂縫的處理 包括：開挖、清理、防滲、加固處理等布置措施等。 7、工程量計(jì)算1.6.3 設(shè)計(jì)成果 包括：設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書各一份，（時(shí)間關(guān)系也可說明書、計(jì)算書合并寫） 設(shè)計(jì)成果圖34張，內(nèi)容為大壩平面布置圖，下游立視圖，

14、壩體最大剖面及典型剖面圖細(xì)部構(gòu)造圖。2 壩址及壩型的選擇2.1 壩址的選擇 選址的原則：(1) 首先，應(yīng)盡量選擇地形上最有利的壩址，如壩軸線較短，河谷較窄，便于布置泄水建筑物等。 (2) 壩址與地質(zhì)條件是影響壩址選擇的最重要因素之一。 (3) 壩址附近的建筑物分布情況，影響到壩址的選擇。 (4) 水庫區(qū)的淹沒情況也是選擇壩址的重要因素。 (5) 壩址還必須結(jié)合河流規(guī)劃統(tǒng)一考慮。 (6) 施工條件也是選擇壩址的因素之一。 (7) 水庫及水利樞紐的管理?xiàng)l件也應(yīng)在選擇壩址時(shí)予以應(yīng)有注意。 (8) 施工工期長短也影響著壩址的選擇。 綜合以上所有因素充分進(jìn)行調(diào)查研究，權(quán)衡利弊，綜合考慮選定壩址。 在所有

15、的壩型中，土石壩由于基礎(chǔ)面積較大，承擔(dān)的應(yīng)力較低，對(duì)地基要求較低。 本設(shè)計(jì)壩軸線已知，故不詳細(xì)說明了。2.2 壩型選擇 壩型選擇關(guān)系到整個(gè)地形的工程量、投資的工期，除筑壩材料是壩型選擇的主要因素外，還要根據(jù)地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理方案、抗震要求等各種因素進(jìn)行研究比較，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型工程中主要的壩型有重力壩、拱壩、土石壩，現(xiàn)對(duì)各種壩型進(jìn)行比較： 1、重力壩重力壩基本形狀呈三角形，商業(yè)面鉛直或稍微傾向上游，壩底與基巖固結(jié)，建成擋水后依靠自重維持穩(wěn)定。重力壩的優(yōu)點(diǎn)：筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂，滲漏沖刷，地震破壞等的能力強(qiáng)；對(duì)地質(zhì)、地形條件適應(yīng)性強(qiáng)，

16、一般建與基巖上；重力壩可做成溢流的，也可在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，樞紐布置緊湊；結(jié)構(gòu)作用明確；施工方便。缺點(diǎn)：由于壩體剖面尺寸往往由于穩(wěn)定和壩體拉應(yīng)力強(qiáng)度條件控制而做的較大，材料用量多，壩內(nèi)壓應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，且壩底面積大，因而揚(yáng)壓力也較大，對(duì)穩(wěn)定不利；因扒體體積較大，施工期混凝土溫度收縮應(yīng)力也較大，為防止溫度裂縫，施工時(shí)對(duì)混凝土溫度控制的要求較高。 2、拱壩 拱壩是三面固結(jié)與基巖上的空間殼體結(jié)構(gòu)，拱向上游凸出，且不設(shè)永久性分縫。 拱壩的優(yōu)點(diǎn)：具有雙向傳力的性能；拱是推力結(jié)構(gòu)；拱壩具有較高的超載能力；拱壩輕韌，富有彈性而整體性好，借助巖基對(duì)地質(zhì)功能的吸收，它又具有較強(qiáng)的抗震能力。 缺點(diǎn)：

17、拱壩是不設(shè)永久性橫縫的整體朝靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)入溫度變化和地基位移對(duì)壩體應(yīng)力的影響；拱壩體形復(fù)雜；設(shè)計(jì)施工難度大，對(duì)施工質(zhì)量、筑壩材料強(qiáng)度和防滲要求，以及對(duì)地形地質(zhì)條件及地基要求均較高。 3、選用土石壩 土石壩是指由當(dāng)?shù)赝亮鲜匣蛲潦旌狭咸钪傻膲巍?土石壩的優(yōu)點(diǎn)：就地取材，與混凝土相比，節(jié)省大量水泥，鋼材和木材，且減少了筑壩材料遠(yuǎn)途運(yùn)輸費(fèi)用；對(duì)地質(zhì)地、形條件要求較低，任何不良地基經(jīng)處理后也均可筑土壩；施工方法靈活，技術(shù)簡單，且管理方便，易于加高擴(kuò)建。 缺點(diǎn)：不允許壩頂溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物與造價(jià)往往很大，；在河谷狹窄，洪水流量大的河道上施工導(dǎo)流較混凝土壩困難；采用粘性土料施工

18、受氣候條件影響較大。 本設(shè)計(jì)中，茅坪溪的防護(hù)壩地處山區(qū)交通條件差，公路標(biāo)準(zhǔn)低，運(yùn)輸不方便，如從外運(yùn)入筑壩材料，工程投資大大增加，因此不運(yùn)用重力壩。拱壩應(yīng)力分布均勻，不利于發(fā)揮材料強(qiáng)度，節(jié)省工程量，但對(duì)地質(zhì)和地形要求嚴(yán)格，通常要求對(duì)稱均勻，因此地形不對(duì)稱，且地形地質(zhì)條件也不甚好，如采用拱壩。壩體相對(duì)條件差，不利于壩體強(qiáng)度穩(wěn)定，設(shè)計(jì)施工復(fù)雜。因此不宜選拱壩，茅坪溪防護(hù)壩因當(dāng)?shù)赝亮?、沙礫料、石料豐富，可就地取材，節(jié)省大量運(yùn)輸費(fèi)用，并且綜合考慮土壩與其他壩型相比具有的特點(diǎn)，最終選擇土石壩。影響土石壩壩型選擇的因素很多，其主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形與地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震

19、要求等。通過對(duì)各種因素進(jìn)行比較，選定技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。由于壩址處雨水多，黏土施工較為困難，故也不易采用厚心墻壩和厚斜墻壩。瀝青混凝土具有極佳的防滲性能及適應(yīng)變形能力。故本設(shè)計(jì)采用瀝青混凝土斜墻壩。3 壩工設(shè)計(jì)土石壩剖面的基本尺寸包括:壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡，防滲體與排水體的形式與尺寸等。3.1 壩頂高程 為防止庫水浸溢壩頂，壩頂水庫靜水位以上應(yīng)有足夠的波浪超高。碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，（SDJ218-84）規(guī)定，其值按下式計(jì)算： Y=R+e+A （3-1） 式中：風(fēng)沿水面吹過所形成的水面升高 即風(fēng)壅水面超出庫水位的高度，m 自風(fēng)壅水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，簡稱波

20、浪爬高，m 水庫吹程，km或m 沿水庫吹程方向的平均水域深度，初擬時(shí)可近似取壩前水深，m 綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（1.55.0）×之間。計(jì)算一般取3.6× （以km計(jì)）或3.6×（以m計(jì)） 計(jì)算風(fēng)速，m/s 正常運(yùn)用條件下的、級(jí)壩采用（1.52.0）（多年平均最大風(fēng)速），正常運(yùn)用條件下的 、級(jí)壩采用1.5，非常運(yùn)用條件下的各級(jí)土石壩采用。 風(fēng)向與壩軸線的夾角，（1°） =0 安全加高，見表3.1 正常A=1.5 非常A=1.0表3.1堤頂類型及運(yùn)用情況堤 頂 級(jí) 別1234、5安 全 超 高土壩、土堤正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50

21、.3混凝土閘壩、漿砌塊石閘壩正常0.70.50.40.3非常0.50.40.30.21.正常運(yùn)用情況下計(jì)算壩頂高程 D=10km 波浪爬高 式中：m = 3.0 n = 0.0155 A = 1.5 (查表)則 = 0.3803 m = 3.483 m m壩頂高程 =175+ =179.99 m 2. 非常情況下計(jì)算壩頂高程 非常運(yùn)用情況下的壩頂超高計(jì)算公式與正常情況下的一樣，所不同的是風(fēng)速來用多年平均最大風(fēng)速V=，壩前水深H= 180.4-175+80=85.4 m m = 0.6043 m = 3.0 n = 0.0155 R= = 1.105 m A = 1.0 （查表） = = 1.1

22、05 + 1.0 + 0.002 = 2.107 m 壩頂高程 = 180.4 + = 182.507 m 3. 考慮地震影響壩頂高程 地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高， 地震涌浪加高一般為0.51.5m，應(yīng)根據(jù)地震烈度大小和不同的壩向水深，去大中小值，本設(shè)計(jì)取1.0米，地震附加沉陷值根據(jù)海域地震調(diào)查，對(duì)8-9度地震區(qū)，可取1.2%1.44%，本設(shè)計(jì)取1%的大壩高度，即為：（178.86-75）×1%=0.99m 安全加高A=1.5 地震安全加高=1+0.99+1.5=3.49m 壩頂高程=175+3.49=178.49m綜上所述，壩頂高程取三者中最大值Y= 18

23、3 m 考慮到上游設(shè)置1.2m的防浪墻，壩頂高程最終為183-1.2= 181.8 m 防浪墻高為183m 壩高為181.8-75= 106.8 m3.2壩頂寬度 壩頂寬度取決于施工、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防洪等要求。如壩頂設(shè)置公路或鐵路時(shí)，應(yīng)按交通要求確定。特殊要求時(shí)，高壩最小頂寬10m15m，中低壩為5m10m。對(duì)心墻或斜墻壩還需要滿足其墻頂和兩側(cè)反濾層的布置要求，在寒冷地區(qū)，還應(yīng)使心墻或斜墻至壩面的最小距離大于凍土層厚度，以防防滲體凍壞，本設(shè)計(jì)壩高為106.8m，屬于高壩且壩頂有交通要求，壩頂寬度為12m。3.3 壩坡 土石壩邊坡的大小取決于壩型、壩高、筑壩材料、菏載、壩基性質(zhì)等因素，且直接

24、影響到壩體的穩(wěn)定和工程量大小。 由于石料在飽和狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度低于水位下降時(shí)滲流力指向上游對(duì)上游壩坡穩(wěn)定不利，既土石壩相同時(shí)，上游坡比下游坡為緩； 從壩型上看，上游壩坡較下游為緩； 從荷載情況上，為適應(yīng)向底部逐漸增加色特征，壩坡上陡下緩，故土石壩上、下游坡一般做成變坡時(shí)，由上至下逐漸放緩，相鄰壩坡率差為0.250.5,若壩基較弱時(shí)，最后一級(jí)壩坡宜緩以利于壩坡穩(wěn)定。綜上所述，對(duì)擬壩坡時(shí)，坡度一般為1:2.01:4.0，上游面壩坡從坡頂向下分別在高程為150m,125m,110m.變坡壩坡為：1：2.75，1：3.0，1:3.25，1：3.5。下游面在150m,125m,變坡和設(shè)寬為2m馬道，壩坡為

25、1：2.5，1：2.75，1：3.0。在110m設(shè)置棱體排水。見圖3-23.4 防滲體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用瀝青混凝土防滲體，它是有一定級(jí)配的碎石或卵石、沙、石料和瀝青按一定比例配合并加熱攪拌均勻的混合物，經(jīng)灘鋪、碾壓達(dá)到一定密度變形成防滲體。 壩體防滲采用瀝青混凝土斜墻，墻頂高程取181m，頂寬不小于0.5m，本設(shè)計(jì)取1m，底部厚度為1/80的壩高，取1/80×106.8=1.7m，上游坡1：2.5，下游坡1：2.0。3.5 排水設(shè)備土石壩防滲體采用瀝青混凝土，雖然滲透系數(shù)很小，但仍會(huì)有一定的滲水，在壩體下游側(cè)設(shè)置排水設(shè)備，其作用是控制和引導(dǎo)滲流安全的排出體外，降低壩體浸潤線和孔隙水壓力，

26、增強(qiáng)壩坡穩(wěn)定保護(hù)下游壩坡免受凍漲破壞，排水體由塊石及其流層組成，要求其具有充分地排水能力，不堵塞，以保證壩體和壩基不發(fā)生滲透破壞，并且便于觀測(cè)和檢修。設(shè)計(jì)采用棱體排水，初擬定壩頂高程為110.0m，其壩寬根據(jù)檢查觀測(cè)及施工要求確定不小于1.0m時(shí)，一般為1-2m，本設(shè)計(jì)取5m，棱體內(nèi)坡由施工條件確定，一般為1:11:1.5，本設(shè)計(jì)取1:1.5，外坡根據(jù)壩基抗剪強(qiáng)度和施工條件確定，一般為1:1.51:2.0，本設(shè)計(jì)取1:2.0。 4 滲流計(jì)算4.1 設(shè)計(jì)說明4.1.1 土石壩滲流分析的任務(wù) 土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析和穩(wěn)定分析，為確定經(jīng)濟(jì)可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任

27、務(wù)是： 確定壩體浸潤線和下游溢出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選擇提供依據(jù)； 計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以計(jì)算水庫滲漏損失，和確定排水體尺寸； 計(jì)算壩體與壩基的滲流溢出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。 4.1.2 滲流分析的工況 滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，一般需考慮計(jì)算下列幾種工況： 上游正常蓄水位175.0m與下游相應(yīng)最低水位106.4m，此時(shí)壩內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形； 上游校核洪水位180.4m與下游相應(yīng)最高水位107.3m，此時(shí)壩內(nèi)浸潤線最高，滲流也最大； 分析時(shí)，常根據(jù)河谷地形情況，選若干、單寬壩坡，按二元滲流問題考慮，壩坡柱號(hào)為0+118、 0+221、

28、0+347、0+456、0+544、0+652、0+757、0+882。4.1.3 滲流分析的方法 土石壩滲流分析的方法有公式計(jì)算法（流體力學(xué)法、水力學(xué)法、有限單元法）流網(wǎng)法和 電模擬法，本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，水力學(xué)法建立在一些基本假定上，是一種近似解法，只能求得過水?dāng)嗝嫔蠞B流要素的平均值，但其計(jì)算簡單，且精度一般可以滿足工程要求。4.2 滲流計(jì)算4.2.1 基本假定 壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)在各方向上的滲透系數(shù)相同且為常數(shù)； 滲流二元穩(wěn)定層流，流動(dòng)運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降） 滲流為漸變流，任意過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的坡降和流速相同。4.2.2 水力學(xué)分析

29、方法選擇水力學(xué)方法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，應(yīng)用達(dá)西定律近似解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。斜墻與截水槽的單寬滲流量為：斜墻與截水槽下游壩體與壩基的單寬滲流量為：式中：、分別為防滲體、壩殼材料、河床質(zhì)砂卵石的滲透系數(shù)；、斜墻與截水槽的平均厚度，m；斜墻的傾角，（）；下游坡坡率。由水流連續(xù)條件聯(lián)立求解上兩式可求得式中假設(shè)：不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；由于砂石料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與下游水位相差不是很大，認(rèn)為不會(huì)形成逸出高度；對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不為平面滲流

30、，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際上不會(huì)形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時(shí)假定浸潤線末端為壩址。計(jì)算簡圖4.3總滲流量計(jì)算總滲流計(jì)算時(shí)，一般是根據(jù)地形和地基，透水層分布情況，將壩體沿壩軸線分成若干曲邊壩段，見圖4-1，先計(jì)算各坡交界處的壩體單寬滲流量，然后按下式計(jì)算全壩的總滲流，： （4-5） 式中： 各壩段長度 m 各壩段交界處的壩體單寬流量 表4-1穩(wěn)定滲流期滲流計(jì)算成果表上游=175m 下游=106.4m編號(hào)樁號(hào)LTH1H2K0KKTmA1A2A3hqL0+00000+1181.20130.5102500.5×10-105.79×10-41

31、×10-52.58.47×10-61.43×10-68.04×10-80.0567.08×10-81180+2211.33222.379.748.500.5×10-105.79×10-41×10-52.6253.58×10-65.28×10-72.35×10-70.191.075×10-71130+3471.40308.7510.574.55.90.5×10-105.79×10-41×10-52.752.6×10-64.37×

32、10-78.45×10-55.842.17×10-71260+4561.454365.6310.895.526.90.5×10-105.79×10-41×10-52.752.61×10-63.69×10-71.165×10-322.922.80×10-71090+5441.49368.722.210031.40.5×10-105.79×10-41×10-52.752.6×10-67.32×10-71.58×10-328.423.567×

33、10-7880+6521.33308.75974.55.90.5×10-105.79×10-41×10-52.752.6×10-63.82×10-78.38×10-55.832.10×10-71080+7511.239180.4910.533.500.5×10-105.79×10-41×10-52.754.8×10-68.36×10-71.44×10-70.0927.09×10-81050+8821.11811791000.5×10-105.79

34、×10-41×10-52.751.02×10-61.48×10-72.5×10-80.056.09×10-81250+1071189Q=×10-7×0.708×118+(0.718+1.075) ×103+(1.075+2.17) ×126+(2.17+2.80) ×109+(2.80+3.567) ×88+(3.567+2.10) ×108+(2.10+0.709) ×105+(0.709+0.695) ×125+0.695×

35、;189=1504.2475×10-7×3600×24=13.00 表4-2校核水位滲流計(jì)算成果表上游=180.4m 下游=107.3m編號(hào)樁號(hào)LTH1H2K0KKTmA1A2A3hqL0+00000+1181.2130.51030.400.5×10-105.79×10-41×10-52.58.33×10-61.44×10-63.88×10-90.0645.35×10-81180+2211.33222.739.753.900.5×10-105.79×10-41×10

36、-52.6253.568×10-65.90×10-72.822×10-70.2131.21×10-71060+3471.40308.7510.579.96.80.5×10-105.79×10-41×10-52.752.63×10-64.46×10-71.28×10-45.962.50×10-71260+4561.454365.6310.8100.927.80.5×10-105.79×10-41×10-52.752.63×10-63.64×

37、;10-72.31×10-323.233.10×10-71090+5441.49368.722.2105.432.30.5×10-105.79×10-41×10-52.752.634×10-67.18×10-72.788×10-330.043.46×10-7880+6521.33308.75979.96.80.5×10-105.79×10-41×10-52.752.63×10-63.82×10-71.28×10-46.082.38×10

38、-71080+7511.239180.9410.538.900.5×10-105.79×10-41×10-52.754.787×10-68.62×10-71.84×10-70.1069.05×10-81050+8821.118117915.400.5×10-105.79×10-41×10-52.751.00×10-51.538×10-64.61×10-80.0642.11×10-81250+1071189Q=×10-7×0.535

39、15;118+(0.535+1.21) ×106+(1.21+2.5) ×126+(2.5+3.1) ×109+(3.1+3.46) ×88+(3.46+2.38) ×108+(2.38+0.905) ×105+(0.905+0.211) ×125+0.211×189=1.529.132×10-7×3600×24=13.21 4.4滲流穩(wěn)定結(jié)果分析4.4.1 正常蓄水位下滲流穩(wěn)定分析 滲流量：水庫每日滲漏量，故能滿足防滲要求。 滲透穩(wěn)定：對(duì)非黏性土，滲透破壞型式的判別可參考伊斯妥明娜法

40、，根據(jù)土體的不均勻系數(shù)來判定：時(shí)為流土?xí)r為管涌時(shí)不定 根據(jù)砂礫料顆粒級(jí)配曲線查得； ，則；滲透破壞型式為管涌。管涌自上而下滲流的臨界坡降公式為： （4-6）式中：相應(yīng)于粘粒級(jí)配曲線上含量為3的粒徑， 土壤的滲透系數(shù)， 土壤孔隙率，初步擬定為0.33對(duì)壩基內(nèi)水平方向產(chǎn)生的臨界坡降為： （4-7）式中：土的內(nèi)摩擦角，管涌的允許坡降為： (自下而上滲流) （4-8） （水平向滲流） （4-9) 式中：為安全系數(shù)，根據(jù)建筑物級(jí)別和土壤類別選用，一般取，則有：(自下而上滲流)（水平向滲流）滲流逸出點(diǎn)的實(shí)際滲透坡降為： (4-10) 已知；近似取計(jì)算長度 則 ；因?yàn)?，故滿足滲透穩(wěn)定要求。4.4.2 校核洪

41、水位下滲流穩(wěn)定分析分析過程同正常蓄水位。5 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算5.1設(shè)計(jì)說明5.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析的目的，是通過計(jì)算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來檢驗(yàn)壩坡在各種工況下是否安全，斷面尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理。壩坡坍滑失穩(wěn)滑裂面的形式主要與壩體結(jié)構(gòu)型式、壩基情況和壩的工作條件等因素有關(guān)。主要有以下幾種：（1）曲線形滑裂面。當(dāng)為黏性土壩坡時(shí)，其失穩(wěn)滑裂面呈上陡下緩的曲面，穩(wěn)定計(jì)算時(shí)常假定為一圓柱面，其在壩體剖面的投影是一個(gè)圓弧，稱滑弧?；衙娴奈恢茫鐗位鶠檠陲椈驁?jiān)硬的土層時(shí)，多從壩腳處滑出；當(dāng)壩基土質(zhì)與壩體相近或更軟弱時(shí)，滑裂面可能深入壩基從壩腳滑出。（2）直線或折線形滑裂面。當(dāng)滑裂面通過

42、由砂，沙礫石等材料構(gòu)成的無黏性土壩坡時(shí)，在壩坡剖面上的投影是一直線或折線。當(dāng)壩坡干燥或完全浸入水中時(shí)呈直線，部分浸水時(shí)為折線，斜墻壩上游失穩(wěn)時(shí)，常沿斜墻與壩體交界面滑動(dòng)。（3）復(fù)合斷裂面。當(dāng)壩坡由幾種不同性質(zhì)的土料組成或壩基存在軟弱層時(shí)，滑裂面往往是由直線和曲線組成的復(fù)合型，在黏土為曲線，在黏性土內(nèi)或軟弱層上為直線。5.1.2 計(jì)算工況（1）庫水位最不利時(shí)的上游壩坡，這種不利水位大致在壩底以上1/3壩高處；（2）上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位的下游壩坡；（3）校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流的下游壩坡；（4）施工或竣工期的上下游壩坡；5.1.3 計(jì)算方法本設(shè)計(jì)只針對(duì)最大剖面。本設(shè)計(jì)為無黏性

43、土壩殼材料，故采用折線法對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算。 5.1.4 控制標(biāo)準(zhǔn)表5·1 容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)運(yùn)用條件工 程 級(jí) 別正常運(yùn)用非常運(yùn)用正常運(yùn)用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.005.2 .穩(wěn)定計(jì)算5.2.1基本原理與計(jì)算方法屬于部分浸水的無黏性土壩坡穩(wěn)定分析。對(duì)于部分浸水的無黏性土壩坡，因水上水下土壤力學(xué)性能不同，滑裂面近似為一折面，折點(diǎn)高程大致在水位附近。1） 滑動(dòng)土體在折點(diǎn)處還形成塊間破裂面DE，破裂面的方位當(dāng)壩基土料內(nèi)摩擦角大于壩體土料內(nèi)摩擦角時(shí)傾向上游；反之傾向下游。為分析方便取為鉛直方向。2） 破裂

44、面作用力P與該面法線的夾角等于土料的內(nèi)磨擦角，為方便計(jì)算，假定P與上滑塊底裂面平行。用折線法計(jì)算滑動(dòng)土體的穩(wěn)定安全系數(shù)時(shí)，采用“安全的極限平衡法”。所謂“極限平衡”是認(rèn)為滑動(dòng)面上的靜摩擦力達(dá)到最小值?！鞍踩笔侵干鲜鰳O限平衡是在一定安全儲(chǔ)備條件下的。假定各滑動(dòng)面上有相似的安全系數(shù)K?；瑒?dòng)面上土料的抗剪力除以K后作為計(jì)算抗剪力。設(shè)圖（5-1）ADC為任一滑動(dòng)面，折點(diǎn)在D點(diǎn)，塊間破裂面DE將滑動(dòng)土體分為兩塊，其重量分別為W、W，兩塊間作用力為P，起方向平行與DC。兩塊土體底面土料內(nèi)摩擦角分別為、。由于塊BCDE沿DC方向力的平衡可得見圖5-2（a）P-Wsin+W=0 (5-1) 由于土塊ADE沿

45、AD方向力的平衡得見圖52（b） (5-2) 聯(lián)立以上兩個(gè)公式即可得出以下一元二次方程（5-3）解出一元二次方程即可的到K值3）在上述計(jì)算中,水位及、都是任意假定的。為求得最小安全系數(shù),應(yīng)假設(shè)不同的水位和、值。具體計(jì)算時(shí),先假定若干個(gè)水位和、值具體計(jì)算時(shí)，先假定若干水位(至少3種個(gè))，在每一水位下假定至少3個(gè)，對(duì)每個(gè)至少假定3個(gè)，分別計(jì)算出安全系數(shù)，其中最小者即為所求壩體穩(wěn)定安全系數(shù)。5.2.2上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡1. 假定上游水位為110.6m，按下式計(jì)算安全系數(shù) 計(jì)算簡圖如下：圖5-3穩(wěn)定計(jì)算簡圖（上游水位在壩底以上1 /3壩底處的上游壩坡）(1)已知：。為計(jì)算方便

46、，上游壩坡m取平均： 取單寬，重量W1、W2分別按下式計(jì)算： 其中： 已知 : 由于： 所以： 。 已知 比重G2.68，孔隙率 則 浮容重為： 則 將已知數(shù)據(jù)代入公式有：方程可簡化為：即：解2.065 （其中值0.086舍去）(2) 計(jì)算K值計(jì)算簡圖如5-4圖5-4穩(wěn)定計(jì)算簡圖（上游水位在壩底以上1 /3壩底處的上游壩坡）已知： 由于： 所以： 。 已知 比重G2.68，孔隙率 則 浮容重為： 則 將已知數(shù)據(jù)代入公式有：方程可簡化為：即:利用 EXCEL 解方程的出3.4551 在取不同的水深（最少3個(gè)）本設(shè)計(jì)選取110.6m 112m 110m 分別取不同的計(jì)算求得最小的安全系數(shù)。用計(jì)算如

47、下表5·2: 水庫水位(m)110.611 3121710.0451359.042.065 30.518548.646315.73.4551 31.817358.644417.332.36413 26.815920.8336420.611.926 27.221246.4644916.42.033 27.620321.5443440.912.15612 231653540017.751.983 23.524573.9852842.072.170 24.122769.5249963.472.46511213 21.310420.7728530.542.275 2214779.2535483.492.794 20.918652.7941662.812.07312 21.112872.3435268.752.322 20.824357.9353591.322.165 21.521826.7749553.452.58111 20.7155411.4342652.462.315 2129906.3265775.662.500 21.428466.763479.082.64311112 2017399.7940941.421.784 2122626.4449279.322.176 21.620361.6745666.412.55413