第四章土石壩資料課件

土石壩4.0本章簡介一、目錄二、教學要求三、重點難點2一、目錄4.1概述4.2土石壩剖面的基本尺寸4.3土石壩的滲流分析4.4土石壩的穩(wěn)定分析4.5土料選擇與填土標準確定4.6土石壩的構(gòu)造4.7土石壩的地基處理8課時3二、教學要求１、掌握土石壩的工作特點，土石壩的組成及分類。２、掌握土壩滲流分析的水力學方法。３、掌握土石壩穩(wěn)定分析的圓弧滑動法和折線滑動法。４、了解土石壩的填筑標準。５、了解壩體細部構(gòu)造設(shè)計。６、掌握土壩砂礫石地基處理的工程措施。4三、重點難點重點：土石壩的工作特點，土石壩的組成及分類。土壩滲流分析的水力學方法。難點：土石壩穩(wěn)定分析的圓弧滑動法和折線滑動法。54.1概述一、土石壩的特點二、土石壩的工作條件和設(shè)計一般要求三、土石壩的類型四、土石壩的設(shè)計步驟6土石壩是利用壩址附近的土石料填筑（碾壓或夯實）而成的擋水建筑物，亦稱當?shù)夭牧蠅?。按照壩身中土料和石料所占比例的不同有土壩、堆石壩和土石混合壩。認識土石壩4.1概述小浪底工程簡介小浪底大壩位于濟源市西南30公里。總裝機容量：180萬千瓦壩高：160m壩長：1667m壩型：粘土斜心墻堆石壩石砭峪水庫簡介石砭峪水庫位于秦嶺北麓，西安市長安區(qū)五臺鄉(xiāng)境內(nèi)，距西安市35公里。壩型：瀝青混凝土斜墻堆石壩施工方式：定向爆破總裝機容量：0.3萬千瓦壩高：82.5m總庫容：0.26億立方米壩長：285m石頭河水庫簡介石頭河水庫位于岐山、眉縣、太白縣三縣交界處，黃河水系渭河南岸支流石頭河上的斜峪關(guān)上游1.5公里處，北距蔡家坡20公里。工程于1971年10月開工，1989年10月完工。壩型：粘土心墻土石壩總裝機容量：4.95萬千瓦水庫總庫容：1.47億立方米壩高：114m壩長：590m密云水庫簡介密云水庫，位于北京市密云縣城北13公里處，位于燕山群山丘陵之中，建成于1960年9月份。壩型：粘土心墻土石壩水庫總庫容：40億立方米壩高：153.98m（1994）4.1概述一、土石壩的特點優(yōu)點就地取材，造價低對地形、地質(zhì)條件的要求低構(gòu)造簡單，施工技術(shù)容易掌握，便于組織機械化施工運用管理方便，維修、加高和擴建容易缺點施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便壩身一般不能溢流，需另設(shè)溢洪道壩體填筑工程量大，粘性土料的填筑受氣候條件影響144.1概述土石壩是利用當?shù)赝潦牧咸钪傻膿跛畨?，又稱為當?shù)夭牧蠅巍v史悠久，發(fā)展很快，國內(nèi)外廣泛采用。如圖2011年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)4.1概述4.1概述二、土石壩的工作條件和設(shè)計一般要求滲流影響沖刷影響沉陷影響其他影響，冰凍、地震等174.1概述1、土石壩的組成土石壩一般由壩身、防滲體、排水設(shè)備和護坡組成。壩身：是土石壩的主體，壩的穩(wěn)定主要靠它維持；防滲體：降低浸潤線，減少滲透水量；排水設(shè)備：排除滲透水，增強下游壩坡穩(wěn)定性；護坡：防止波浪、冰層、溫度變化、雨水和水流等對壩坡的破壞。184.1概述2、設(shè)計的一般要求具有足夠的斷面維持壩坡的穩(wěn)定，土石壩的邊坡和壩基穩(wěn)定是土石壩安全的基本保證設(shè)置防滲和排水措施以控制壩體和壩基滲流擬定合理的施工填筑要求泄洪建筑物要有足夠的泄洪能力壩頂和邊坡要作防護大壩安全監(jiān)測194.1概述三、土石壩工作特點1、穩(wěn)定方面：失穩(wěn)形式主要是壩坡滑動或連同部分地基一起滑動4.1概述2、滲流方面：壩體為散粒結(jié)構(gòu)，主要承受滲透壓力和滲透變形，有浸潤面和浸潤線概念4.1概述4.1概述4.1概述4.1概述4.1概述4.1概述4.1概述3、沖刷方面：抗沖刷能力低4.1概述4、沉降方面：容易產(chǎn)生沉陷，分為均勻和非均勻狀況4.1概述5、其他方面：冰凍、地震、動物破壞等4.1概述4.1概述三、土石壩的類型按壩高分類按施工方法分類碾壓式土石壩、水力沖填壩、水中填土壩、定向爆破堆石壩按壩體材料的組合和防滲體的相對位置分類均質(zhì)壩、粘土心墻壩、粘土斜墻壩、多種土質(zhì)壩、人工材料心墻和斜墻壩、堆石壩、面板堆石壩324.1概述33四、土石壩的設(shè)計步驟4.1概述344.2土石壩剖面的尺寸一、壩頂高程二、壩頂寬度及構(gòu)造三、壩坡坡度及構(gòu)造四、防滲體五、排水設(shè)備354.2土石壩剖面的尺寸一、壩頂高程壩頂高程根據(jù)正常運行和非常運行時的靜水位加相應(yīng)的超高△h予以確定36▽頂=▽設(shè)+△h設(shè)▽頂=▽校+△h校取大值▽頂4.2土石壩剖面的尺寸374.2土石壩剖面的尺寸一、壩頂高程注意中小型水庫，洪水資料不準確，按上式計算的超高值偏小，可直接取1.5～2.0m壩頂設(shè)防浪墻時，△h指墻頂在靜水位以上的超高，且正常運行情況下，壩頂至少應(yīng)高出靜水位0.5m以上，非常運行情況下壩頂不得低于靜水位設(shè)計的壩頂高程是壩沉降穩(wěn)定后的壩頂高程，故施工時應(yīng)預(yù)留足夠的沉降量。一般施工質(zhì)量良好的土石壩，壩體沉降量約為壩高的0.2％－0.4％地震區(qū)，壩頂高程應(yīng)在正常運行情況下的超高上附加地震涌浪高度，一般取0.5～1.5m384.2土石壩剖面的尺寸二、壩頂寬度及構(gòu)造壩頂寬度取決于交通、防汛搶險、施工、心墻或斜墻頂部及反濾層布置。高壩，頂寬可選用10～15m，對于中低壩，可選用5～10m。壩頂路面沒有交通要求時，用密實的砂礫石或碎石鋪設(shè)護面。路面向一側(cè)或兩側(cè)傾斜，坡度2％～3％防浪墻墻高1.3m，砼或漿砌石結(jié)構(gòu)，埋入壩內(nèi)，和壩的防滲體連接寒冷地區(qū)，壩頂須有足夠的厚度，保護防滲體免受凍害394.2土石壩剖面的尺寸二、壩坡坡度及構(gòu)造土石壩壩坡一般在壩頂附近的壩坡宜陡些，向下逐級變坡，每級高度約15～20m，相鄰坡率差不宜大于0.25～0.50。常用的壩坡一般取1:2.0～1:4.0壩坡坡度選擇遵循幾條規(guī)律單種土料的上游坡常緩于下游壩坡。粘土斜墻壩的上游坡比心墻壩緩，而下游坡比心墻壩陡。404.2土石壩剖面的尺寸壩坡坡度選擇遵循幾條規(guī)律碾壓式堆石壩的壩坡比土壩陡。斜墻堆石壩，其下游壩坡可用堆石的自然坡，一般為1:1.3～1:1.4,上游壩坡則由斜墻的穩(wěn)定而定，一般1:2～1:3。心墻壩則上下游壩坡均用1:1.5～1:2。砂壤土、壤土的均質(zhì)壩坡比砂或砂礫組成的壩坡要緩些。碾壓式土石壩從上而下逐級變緩壩坡，相鄰坡率差值為0.25～0.5。砂或砂礫料壩體可不變坡，但一般也常采用變坡形式。414.2土石壩剖面的尺寸土石壩上游坡面破壞作用破浪的淘刷冰層及漂浮物順坡水流庫水位下降時滲流和冰凍等破壞作用下游坡面破壞作用雨水風動植物凍脹和干裂等424.2土石壩剖面的尺寸上游護坡–型式：拋石、干砌石、漿砌石、現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土或鋼筋混凝土、瀝青混凝土或水泥土。–范圍：壩頂起護至最低水位以下2.5m或至壩底。下游護坡–形式：堆石、卵石或碎石、草皮。–范圍：壩頂至排水體或壩底（無排水體）434445464.2土石壩剖面的尺寸四、防滲體作用降低滲透坡降，防止?jié)B透變形減少通過壩體及壩基的滲流及滲漏損失降低浸潤線，減小下游飽和區(qū)，提高壩坡穩(wěn)定性材料粘土防滲：防滲土料的透水性遠低于壩體材料非粘土防滲：砼，瀝青砼等人工材料474.2土石壩剖面的尺寸型式壩體防滲：均質(zhì)壩以整個剖面防滲，分區(qū)壩用粘土心墻或者粘土斜墻防滲壩基防滲：垂直防滲和水平防滲防滲體底部厚度墻體厚度由土料的［J］決定壤土：[J］＝5～4粘土：［J］＝8～6484.2土石壩剖面的尺寸頂部厚度滿足機械施工要求，不小于3m，最小2m。從壩頂至壩底逐漸加厚，兩側(cè)邊坡在1:0.15～1:0.5之間選擇墻頂高程在正常運用情況下，超高為0.3m～0.6m；非常運用情況下，不低于最高水位粘土斜墻位于壩體上游面，墻厚指垂直斜墻上游面的厚度，由滲透坡降確定。構(gòu)造同心墻494.2土石壩剖面的尺寸壩基防滲（垂直防滲措施）

1、粘土截水槽

當壩基砂礫層厚度在10-15m以內(nèi)時，甚至達20m時，可選用粘土截水槽504.2土石壩剖面的尺寸2、混凝土防滲墻用鉆機或其它設(shè)備在土層中造成圓孔或槽孔，在孔中澆混凝土，最后連成一片，成為整體的混凝土防滲墻，適用于地基透水層較厚的情況。514.2土石壩剖面的尺寸3、帷幕灌漿當砂卵石層很厚時，用上述3種處理方法都較困難或不夠經(jīng)濟，可采用灌漿帷幕防滲。砂卵石地基的可灌性，可根據(jù)地基的滲透系數(shù)，可灌比值M及小于0.1mm顆粒含量等因素來評判。524.2土石壩剖面的尺寸D15地基土層中小于此粒徑的土重占總土重的15%，d85是灌漿材料中小于此粒徑的重量占總土重的85%。一般認為：M<5,不可灌；M=5～10，可灌性差；M>10可灌水泥粘土漿；M>15時，可灌水泥漿。灌漿帷幕的厚度T，根據(jù)帷幕最大作用水頭H和允許水力坡降[J],按下式估算：53灌漿帷幕的優(yōu)點是灌漿深度大，但對地基的適應(yīng)性較差，有的地基如粉砂、細砂地基，不易灌進，而透水性太大的地基又往往耗漿量太大。4.2土石壩剖面的尺寸4、粘土鋪蓋54鋪蓋長度應(yīng)根據(jù)地基特性和防滲需要由計算確定，最長不超過6-8倍水頭，若再增大防滲效果不顯著增加。粘土鋪蓋自上游向下游逐漸加厚，其值由允許坡降決定。上游端厚度至少為0.5-1.0m。為了防止不均勻沉降，下游端與斜墻或心墻連接處應(yīng)加厚。鋪蓋上設(shè)保護層。4.2土石壩剖面的尺寸五、排水設(shè)備作用：是降低浸潤線，防止壩體土壤發(fā)生滲透破壞。排水設(shè)備通常由排水體和反濾層兩部分組成作用1.排水體2.反濾層55貼坡排水4.2土石壩剖面的尺寸壩體排水——貼坡排水用1—2層堆石或砌石鋪砌在壩體下游邊坡上，排水頂部在浸潤線逸出點以上一定距離。56貼坡排水是最簡單的排水設(shè)施，省工省料，便于檢修。它只能保護下游壩坡不受尾水波浪淘刷，防止?jié)B流逸出段的滲透變形而不能降低浸潤線，且防凍性較差，適用于浸潤線較低的土石壩。4.2土石壩剖面的尺寸壩體排水——棱體排水在下游壩腳處用塊石堆成棱體，也叫濾水壩趾。頂面必須高出下游水位一定距離。頂寬不小于1.0m，一般內(nèi)坡為1:1.0-1:1.5，外坡為1:1.5-1:2.0。57最常用的一種排水型式，它不僅可以有效地降低浸潤線，保持下游壩腳不受下游水淘刷，而且有支持壩體，增加穩(wěn)定性的作用。這種型式的缺點是石料用量大，費用高，與壩體施工有干擾。4.2土石壩剖面的尺寸壩體排水——褥墊排水伸展到壩體以內(nèi)的一種排水設(shè)備，將塊石平鋪在壩體下游部分的地基上，厚度約為0.4-0.5m，伸入壩體的長度不超過1/4-1/3的壩底寬度，并布置成傾向下游0.005-0.01的縱坡。58這種排水設(shè)備降低浸潤線效果顯著，有助于壩基排水，可加速軟粘土地基的固結(jié)。主要缺點是檢修困難，干擾壩體施工，當下游水位高出排水設(shè)備時，降低浸潤線的效果顯著降低。因此，這種排水設(shè)備只適用于下游水位很低而又要求大幅度降低浸潤線的情況。4.2土石壩剖面的尺寸壩體排水——綜合式排水594.2土石壩剖面的尺寸壩基排水壩身排水設(shè)備雖然對壩基也起了一定的排水作用，但對于單一透水壩基或透水壩基表面有粘性土層的情況，當壩基防滲設(shè)施沒有把它完全截斷時，必須設(shè)置專門的壩基排水，以減少壩趾附近的滲透壓力，防止?jié)B透破壞和下游沼澤化。604.2土石壩剖面的尺寸壩基排水614.2土石壩剖面的尺寸反濾層土石壩設(shè)置了排水后，壩內(nèi)滲流滲徑縮短，滲透坡降加大，在排水體和地基，排水體和壩體接觸處及下游逸出處易發(fā)生滲透變形。為了保護壩體土和壩基土，設(shè)置反濾層。作用：濾土排水，防止在滲流出口處發(fā)生滲透破壞。構(gòu)造：反濾層由2—4層不同粒徑的砂石料組成，粒徑沿滲流方向由細到粗，層次大體與滲流方向正交。624.2土石壩剖面的尺寸反濾層反慮原則1．被保護土料的顆粒不得穿過反濾層。2．相鄰兩層中，顆粒較小的一層的顆粒不得穿過顆粒較粗一層的孔隙。3．同一層內(nèi)的顆粒不得發(fā)生移動。4．允許特細顆粒被滲流帶定，但不許堵塞反濾層。反濾層的材料634.2土石壩剖面的尺寸過渡層作用是避免在剛度相差較大的兩種土料之間產(chǎn)生急劇變化的變形相應(yīng)力。反濾層可以起過渡層的作用，而過渡層卻不一定能滿足反濾要求。在分區(qū)壩的防滲體與壩殼之間，根據(jù)需要與土料情況可以只設(shè)置反濾層，也可同時設(shè)置反濾層和過渡層。64板橋水庫潰壩事件1975年8月，由于超強臺風蓮娜引發(fā)的特大暴雨引發(fā)淮河上游大洪水。1975年8月8日1時駐馬店地區(qū)板橋水庫漫溢垮壩，六億多立方洪水，五丈多高的洪峰咆哮而下，同期竹溝中型水庫垮壩，薄山水庫漫溢，及58座小型水庫在短短數(shù)小時間相繼垮壩潰決。縱貫中國南北的京廣線被沖毀102公里，中斷行車18天。4.3土石壩的滲流分析一、滲流分析的主要任務(wù)二、滲流方法概述三、滲流分析的水力學方法四、流網(wǎng)法五、土石壩滲透變形及其防止措施714.3土石壩的滲流分析一、滲流分析的主要任務(wù)1)確定浸潤線位置:為壩坡穩(wěn)定計算和布置壩內(nèi)觀測管提供依據(jù)，根據(jù)浸潤線的高低，選擇排水設(shè)施型式和尺寸。

2）確定滲透比降（坡降）：確定壩坡滲流逸出點和下游地基表面的滲透比降和不同土層的滲透比降，評判該處的滲透穩(wěn)定性，以便確定是否應(yīng)采取有效的防滲反濾保護措施。

3）確定壩體與壩基的滲流量：估算水庫的滲漏損失，以便加強防滲措施，把滲流量控制在允許的范圍內(nèi)。724.3土石壩的滲流分析二、滲流方法概述滲流分析：解析法、流網(wǎng)法、電模擬法和數(shù)值法。(1)流體力學法流體力學法是根據(jù)已知的定解條件，如初始條件和邊界條件，求解滲流的基本微分方程（拉普拉斯微分方程），從中得到精確的滲流要素（包括流速、比降和滲透壓力）。此法立論嚴謹，計算成果精確，但只能求解邊界條件簡單的滲流問題，不便應(yīng)用于邊界條件復(fù)雜的實際工程。然而，利用它對某些簡單邊界問題的解析成果與水力學方法結(jié)合起來，可提高水力學法的計算精度。734.3土石壩的滲流分析（2）水力學法這是近似的解析法，但必須基于以下基本假設(shè)：1）假設(shè)滲透系數(shù)K在同一或相近的土料中各向同性；2）假設(shè)壩體內(nèi)部滲流為層流，認為壩內(nèi)滲流符合達西定律；3）假設(shè)壩體內(nèi)部滲流為漸變流（杜平假定），認為滲流場中任意過水斷面各點的水平流速和比降都是相等的。這種方法不完全符合拉普拉斯方程，因而不能精確求出任一點的水力要素。但其所確定的浸潤線、平均流速、平均比降和滲流量，已能滿足（Ⅲ—Ⅴ級）土石壩工程的精度要求。744.3土石壩的滲流分析（3）數(shù)值解法滲流計算的數(shù)值解法一般采用有限單元法。有限單元法是目前解決復(fù)雜滲流問題的最有效方法，對I、II級壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計算滲流場的要素。（4）流網(wǎng)法用手工繪制流網(wǎng)，利用流網(wǎng)求解平面滲流問題的水力要素，也可用來解決較復(fù)雜的邊界問題。752023/7/26764.3土石壩的滲流分析三、滲流分析的水力學方法水力學法土石壩滲流分析的基本思路是：①把壩內(nèi)滲流區(qū)域劃分為若干段（一般為兩段）②建立各段水流的運動方程式，并根據(jù)滲流的連續(xù)性原理求解滲流要素和浸潤線。另外，考慮到工程實際情況的壩體和壩基滲透系數(shù)的各向異性，而在采用水力學法進行滲流分析時又需把滲透系數(shù)K視為常量?！赌雺菏酵潦瘔卧O(shè)計規(guī)范》規(guī)定：滲透系數(shù)K計算滲流量時，宜采用大值平均值；計算水位降落時的浸潤線宜采用小值平均值。K相差5倍以內(nèi)的土層可視為同一種土層，其滲透系數(shù)由加權(quán)平均計算。774.3土石壩的滲流分析水力學滲流分析的類型（一）矩形滲流區(qū)無壓滲流分析（二）不透水地基均質(zhì)壩的滲流計算1、下游無排水（貼坡排水）設(shè)施情況2、下游有褥墊式排水設(shè)施情況3、下游有堆石棱體排水設(shè)施情況（三）有限深度透水地基土石壩的滲流計算1、均質(zhì)壩2、有截水墻的心墻壩滲流計算3、設(shè)有截水墻的斜墻壩滲流計算4、設(shè)有水平鋪蓋的斜墻壩滲流計算（四）總滲流量的計算784.3土石壩的滲流分析（一）矩形滲流區(qū)無壓滲流分析79達西定率單寬流量浸潤曲線全L積分4.3土石壩的滲流分析(二)不透水地基均質(zhì)壩的滲流計算嚴格地講，絕對不透水的壩基是不存在的。當壩基滲透系數(shù)小于壩體滲透系數(shù)的百分之一時，視壩基為相對不透水地基。計算時一般取單位壩長作為分析對象。1、下游無排水（貼坡排水）設(shè)施情況對上游壩坡，斜面入流的滲流分析要比垂直面入流復(fù)雜得多。而電模擬試驗結(jié)果證明，虛擬適宜位置的垂直面代替上游壩坡斜面進行滲流分析，其計算精度誤差不大。為簡化計算，在實際分析中，常以虛擬等效的矩形代替上游壩體三角形（見課本111圖4-25）804.3土石壩的滲流分析虛擬等效的矩形代替上游壩體三角形虛擬矩形寬度按式計算:

式中:m1—上游壩面坡度系數(shù)，變坡時平均值H1

—上游水深。814.3土石壩的滲流分析1、無排水設(shè)施均質(zhì)壩無排水設(shè)施均質(zhì)壩滲流分析的思路是以滲流逸出點為界把壩體分為上、下游兩部分，分別列出各部分的流量表達式，并根據(jù)流量連續(xù)性原理，求出相應(yīng)的未知量（q、a)。

824.3土石壩的滲流分析1）上游段分析根據(jù)達西定律，通過浸潤線以下任何單寬垂直剖面的滲流量q為：

移項積分（積分區(qū)間從0至x）可得：同理，積分區(qū)間從EO斷面至逸出點CC斷面可得:83浸潤線4.3土石壩的滲流分析2）下游段分析以下游水面為界把下游段三角形壩體分為水上、水下兩部分。為簡化起見，采用新的坐標系水面以上壩體的滲流量q為:844.3土石壩的滲流分析3）水面以下壩體滲流量854.3土石壩的滲流分析864.3土石壩的滲流分析由前可知根據(jù)連續(xù)性原理874.3土石壩的滲流分析4）討論分析當下游無水時，把H2=0代入可得當下游無排水設(shè)施且無水時，聯(lián)立以下兩方程可求得q和a088注意：在滲流進口段應(yīng)作適當修正，浸潤線起點應(yīng)與壩面點正交，末點與原浸潤線相切，中間修改成曲線。4.3土石壩的滲流分析2、下游設(shè)有水平排水設(shè)施情況894.3土石壩的滲流分析褥墊排水的壩體浸潤線為一拋物線，拋物線的焦點在排水體上游起始點，焦點在鉛直方向與拋物線的截距為a0，至頂點的距離為a0/2，由此可得：將上式代入基本方程可得904.3土石壩的滲流分析這種排水施在下游無水時排水效果更為顯著。由模擬實驗其浸潤線仍可按下式計算討論：當下游無水時，令H2=0代入式將得到與式完全相同公式因此，下游無水的堆石棱體

與褥墊式排水相同。914.3土石壩的滲流分析3、下游有堆石棱體排水設(shè)施情況924.3土石壩的滲流分析當下游有水時，如圖所示。為簡化計算，以下游水面與排水體上游面的交點B為界把壩體分為上、下游兩段，取上游OA斷面和B點斷面分析，分別列出兩斷面之間的平均過水斷面積和平均比降，由達西定律可導(dǎo)出滲流量為：把下游水面看為地基，取H=H1-H2代替H1，并注意h0=a0+H2的關(guān)系，由此可直接按褥墊式排水情況的公式導(dǎo)出:934.3土石壩的滲流分析（三）有限深度透水地基土石壩的滲流計算1、均質(zhì)壩對于透水地基上的均質(zhì)壩，分析時：把壩體與壩基分開考慮，即先假設(shè)地基為不透水的，由上述方法計算壩體的滲流量q1和浸潤線（用q1代替q）;然后再假定壩體為不透水，計算壩基滲流量q2，將q1+q2可得壩體和壩基的流量。當有棱體排水時，因地基產(chǎn)生滲流使得浸潤線有所下降，可假設(shè)浸潤線在下游水面與排水體上游面的交點進入排水體（即h0=H2

，a0=0），則通過壩體的滲流量可表達為：944.3土石壩的滲流分析通過壩基的滲流量q2可表達為:壩體、壩基的單寬滲流總量q為：式中:—K壩基土料滲透系數(shù);T—透水層厚度；L0見圖4-31，L；n—壩基滲徑修正系數(shù)，下表浸潤線方程：954.3土石壩的滲流分析2、有截水墻的心墻壩滲流計算有限透水深度地基的心墻壩，一般可做成有截水墻的防滲形式。計算時假設(shè)上游壩殼無水頭損失（因為壩殼土料為強透水土石料），心墻上游面的水位按水庫水位確定。因此，只需計算心墻、截水墻和下游壩殼兩部分。96設(shè)截水墻的心墻壩滲流計算圖4.3土石壩的滲流分析分析時，可分別計算通過心墻和下游壩殼的滲流量，并根據(jù)流量連續(xù)性原理求出滲流單寬流量q和下游壩殼在起始斷面的浸潤線高度he。心墻和截水墻的滲流量計算，由于心墻和截水墻的土料一般都采用同一種土料，為簡化計算，取心墻和截水墻的平均厚度代替變截面厚度，滲流量可按下式計算:下游壩殼的滲流量，參照均質(zhì)壩公式，并假定浸潤線在下游水位與排水設(shè)備上游面的交點進入排水體，可導(dǎo)出滲流量表達式根據(jù)流量連續(xù)，聯(lián)解以上兩式可求得q和he974.3土石壩的滲流分析3、設(shè)有截水墻的斜墻壩滲流計算984.3土石壩的滲流分析3、設(shè)有截水墻的斜墻壩滲流計算把斜墻和截水墻與下游壩體和壩基分別進行計算。并取斜墻和截水墻的平均厚度為δe、δ，則通過斜墻、截水墻的滲流量可按下式計算:通過下游壩體和壩基的滲流量聯(lián)解以上兩式，可求出q、he。994.3土石壩的滲流分析4、設(shè)有水平鋪蓋的斜墻壩滲流計算相對而言，鋪蓋斜墻土料的滲透系數(shù)要比壩體和壩基土料?。?/100）?？梢詨误w浸潤線起始點（A、B斷面）為界分為上、下游兩段分析。1002023/7/26101第三節(jié)土石壩的滲流分析通過上游段的滲流量：通過下游段的滲流量：聯(lián)解以上兩式，可求出q、he。

4.3土石壩的滲流分析4.3土石壩的滲流分析四、總滲流量計算1024.3土石壩的滲流分析（四）總滲流量計算計算總滲流量時，根據(jù)壩址地形和透水層厚度情況以及壩體結(jié)構(gòu)，沿壩軸線方向?qū)误w分成若干壩段，分別計算各壩段的平均單寬滲流量，則通過壩體和壩基的總滲流量可按下式計算：1034.3土石壩的滲流分析四、流網(wǎng)法在穩(wěn)定滲流的情況下，滲流場內(nèi)充滿運動的水體質(zhì)點，這些質(zhì)點的運動軌跡，稱為流線；同時：滲流場中還存在著許多勢能相等的點，把它們連接起來構(gòu)成的曲線，稱為等勢線。滲流場由這兩束曲線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，稱為流網(wǎng)。1044.3土石壩的滲流分析手工繪制流網(wǎng)手工繪制流網(wǎng)一般采用試繪、修正的方法，試繪時首先按類比或憑經(jīng)驗初定浸潤線位置，然后在浸潤線與不透水層之間繪出逐漸變化并在進出口與邊界垂直的若干條流線；再將浸潤線分為若干個合適的等水頭差的間隔，通過分割點畫出若干條等勢線，并按流網(wǎng)的基本性質(zhì)不斷修改流線和等勢線，使等勢線與流線組成曲線正交方形網(wǎng)格。1052023/7/261064.3土石壩的滲流分析流網(wǎng)特性圖2023/7/261074.3土石壩的滲流分析2023/7/261084.3土石壩的滲流分析五、土石壩的滲透變形及其防止措施土石壩在滲流的作用下可能發(fā)生滲透變形，造成壩腳產(chǎn)生滲透破壞，甚至會導(dǎo)致工程失事。(一)滲透變形的型式土體滲透變形的型式通?？蓺w納為：管涌、流土、接觸沖刷與接觸流失等四種類型。（1）管涌管涌是在滲流作用下，無粘性土中的細小顆粒從骨架孔隙中連續(xù)移動和流失的現(xiàn)象。1094.3土石壩的滲流分析（2）流土流土是在滲流作用下，土體從壩基表面隆起、頂穿或粗細顆粒同時浮起而流失的現(xiàn)象。（3）接觸沖刷接觸沖刷是當滲流沿兩種不同的土層接觸面流動時，沿層面夾帶細小顆粒流失的現(xiàn)象，一般發(fā)生在兩層級配不同的非粘性土中。（4）接觸流失接觸流失是滲流沿層次分明、滲流系數(shù)相差懸殊的兩相鄰?fù)翆拥拇怪泵媪鲃又?，將滲透系數(shù)較小土層中的細小顆粒帶入滲透系數(shù)較大土層中的現(xiàn)象。1104.3土石壩的滲流分析(二)滲透變形計算1、產(chǎn)生管涌和流土的臨界比降計算：1）管涌的臨界水力比降計算：管涌臨界水力比降的理論研究至今尚不成熟，對于中、小型工程，當滲流自下而上時，非粘性土發(fā)生管涌的臨界水力比降可參照下式計算：

或2）流土的臨界水力比降計算：1114.3土石壩的滲流分析2、管涌和流土的判別方法粘性土不會產(chǎn)生管涌，無需判別，對于無粘性土，管涌與流土應(yīng)根據(jù)土的細小顆粒含量按以下公式判別：管涌流土對于不均勻系數(shù)大于5的不連續(xù)級配土也可采用下式判別：管涌Pc＜25%流土Pc≥35%中間為過渡型。1124.3土石壩的滲流分析(三)防止?jié)B透變形的工程措施（1）設(shè)置垂直或水平防滲設(shè)施：攔截滲透水流，延長滲徑，消剎水頭，達到降低滲透比降的目的。（2）設(shè)置排水設(shè)施垂直和水平：減壓井、排水渠、貼坡、棱體排水（3）蓋重壓滲措施（4）設(shè)置反濾層反濾層是提高壩體抗?jié)B破壞能力、防止各種滲透變形特別是防止管涌的有效措施。在防滲體滲流出口處，如不符合反濾要求，必須設(shè)置反濾層。1134.4土石壩的穩(wěn)定分析一、概述二、土壤抗剪強度指標的選取三、穩(wěn)定計算情況和安全系數(shù)的采用四、壩坡穩(wěn)定分析方法1144.4土石壩的穩(wěn)定分析一、概述1、失穩(wěn)形式壩坡滑動壩坡與壩基一起滑動2、目的（1）分析壩體及壩基在各種不同的工作條件下可能產(chǎn)生的穩(wěn)定破壞形式，通過必要的力學計算，校核剖面的安全度，經(jīng)過反復(fù)修改定出經(jīng)濟剖面。（2）確定土壩穩(wěn)定性，主要指邊坡的抗滑穩(wěn)定。1154.4土石壩的穩(wěn)定分析3、壩坡滑裂面的形式壩坡滑動面形式主要與壩體結(jié)構(gòu)型式、筑壩材料和地基情況、壩的工作條件等因素有關(guān)。壩坡滑裂面的形式有：（1）曲線滑動面：粘性土（2）折線滑動面：非粘性土（3）復(fù)式滑動面：多種土質(zhì)壩詳見課本170頁圖4-23。116概述4.4土石壩的穩(wěn)定分析土坡的滑動形式1184.4土石壩的穩(wěn)定分析4.4土石壩的穩(wěn)定分析露天礦4.4土石壩的穩(wěn)定分析4.4土石壩的穩(wěn)定分析堆石壩4.4土石壩的穩(wěn)定分析堤防4.4土石壩的穩(wěn)定分析1254.4土石壩的穩(wěn)定分析4.4土石壩的穩(wěn)定分析1264.4土石壩的穩(wěn)定分析1274.4土石壩的穩(wěn)定分析1284.4土石壩的穩(wěn)定分析1294.4土石壩的穩(wěn)定分析1304.4土石壩的穩(wěn)定分析131楔形槽西藏易貢巨型滑坡4.4土石壩的穩(wěn)定分析133滑坡后緣高程5520m4.4土石壩的穩(wěn)定分析1354.4土石壩的穩(wěn)定分析二、土壤抗剪強度指標的選取1、土料抗剪強度指標（內(nèi)摩擦角、粘聚力）的選用影響到壩體的工程量和安全2、參照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》3、抗剪強度指標計算方法有總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法4、抗剪強度指標的測定方法及儀器使用規(guī)定筑壩土料的抗剪強度應(yīng)采用三軸儀測定1364.4土石壩的穩(wěn)定分析三、穩(wěn)定計算情況和安全系數(shù)的采用1、荷載及其組合（1）作用力1）自重：水上-濕容重；水下-浮容重2）滲透力：滲透坡降3）孔隙水壓力：總應(yīng)力法、有效應(yīng)力法4）地震荷載：地震慣性力1374.4土石壩的穩(wěn)定分析（2）荷載組合正常運用：1）正常蓄水位穩(wěn)定滲流時下游壩坡穩(wěn)定2）最不利水位時上游壩坡穩(wěn)定計算3）庫水位降落使上游坡產(chǎn)生滲透壓力時穩(wěn)定計算非常運用：1）庫水位驟降時，上游壩坡穩(wěn)定計算2）施工期，考慮孔隙水壓力上下游壩坡穩(wěn)定計算3）地震情況下，下游壩坡穩(wěn)定計算4）校核水位時下游壩坡的穩(wěn)定計算1384.4土石壩的穩(wěn)定分析2、壩坡穩(wěn)定安全系